幾個月以來,物理學家們一直在 熱議 可能探測到引力波的訊息——這一發現將證實阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論的關鍵預測之一。1月11日,在興奮的物理學家在網上洩露了一些傳言後,這種猜測在 媒體頭條中爆發。
傳言是什麼?
傳言表明,高階雷射干涉儀引力波天文臺(LIGO),這個在美國設有華盛頓州和路易斯安那州探測器的實驗室,已經發現了引力波訊號。根據愛因斯坦的理論,這些是時空結構中的漣漪,是由諸如兩個黑洞或兩個中子星合併等災難性事件產生的。
宇宙學家勞倫斯·克勞斯於9月份在推特上首次釋出了可能探測到的訊息,他來自坦佩的亞利桑那州立大學。現在最具體的傳言來自理論物理學家盧博什·莫特爾的部落格文章:據推測,這兩個探測器在經過2億美元的升級後於去年9月重新開始收集資料,它們已經接收到兩個黑洞合併過程中產生的波。
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普林斯頓大學新澤西州分校的廣義相對論模擬專家弗朗斯·普雷托里烏斯說,如果這是真的,那將是“儘可能接近直接觀測黑洞”。
參與LIGO實驗的物理學家們怎麼說?
他們什麼也沒透露。“我們仍在採集資料,甚至早期執行資料的分析也尚未完成審查,”路易斯安那州立大學巴吞魯日分校的物理學家、由900人組成的合作專案的發言人加布裡埃拉·岡薩雷斯說。
岡薩雷斯說,升級後的第一階段資料收集原定於1月12日結束,但最早也要到2月份才能獲得為期四個月的搜尋的第一個官方結果。(探測器也將很快關閉,開始為期九個月的第二次升級,以進一步提高其靈敏度。當它們重新啟動時,歐洲的同類裝置——高階處女座干涉儀——將加入。)
LIGO可能已經做到了嗎?
這是有可能的。LIGO的干涉儀在4公里長的真空管道兩端的鏡子之間反射雷射束,旨在探測經過的引力波,這些引力波會拉伸和壓縮管道的長度——以及其餘空間。
廣義相對論預測,圍繞彼此緊密軌道的兩個巨大物體將螺旋式向內運動,最初緩慢,然後越來越快,直到它們合併,從而扭曲時空,產生向所有方向擴散的擾動。
LIGO的探測器,以目前的靈敏度,只能接收到頻率遠高於10赫茲的引力波。因此,如果它們接收到訊號,它們將捕捉到戲劇的最後階段,即黑洞每秒繞轉超過10次,加速到每秒數千次,就在它們合併之前。模擬顯示,如果將產生的波作為可聽聲音播放,聽起來像鳥的“啾啾”聲。
“如果廣義相對論是正確的,那麼訊號的外觀就沒有迴旋餘地,”普雷托里烏斯說,他於2005年成為第一位完成黑洞合併完整計算機模擬的物理學家,該模擬提供了對其將釋放的引力波的形狀和大小的詳細預測。
訊號可能是誤報嗎?
這也可能。LIGO探測器具有用於減少不必要振動的精密系統,但該團隊需要仔細檢查任何探測結果是否不是誤報——例如,過往卡車產生的振動。
但傳言中的訊號也可能是故意演習的結果。LIGO團隊的三名成員可以訪問能夠秘密推動鏡子並模擬天體物理現象所有特徵的系統——這個程式稱為“盲注入”。只有當研究人員準備好宣佈他們發現了某些東西時,盲注入團隊才會宣佈它是否建立了故意訊號。在LIGO的早期執行中,2007年和2010年發生了兩次這樣的演習。
但坦佩的亞利桑那州立大學的克勞斯發推文說,他聽說該團隊在去年夏天升級後的探測器測試期間,在正式資料收集開始之前——並且在盲注入系統到位之前——探測到了訊號。(當《自然》雜誌向他詢問時,他不知道更多細節。)
亞特蘭大佐治亞理工學院的物理學家、LIGO資料分析團隊負責人勞拉·卡多納蒂說,LIGO研究人員仍將花費時間分析這樣一個早期事件;科學家們將無法評估這樣一個早期訊號,除非他們更好地瞭解特定型別的誤報在資料中可能出現的頻率。
LIGO合作組織拒絕評論是否曾在兩個干涉儀都處於活動狀態但不可能進行盲注入的任何時間。
LIGO物理學家擔心這些謠言嗎?
岡薩雷斯有點惱火。“我擔心會在公眾和媒體中製造虛假的期望,”她說。
但卡多納蒂說,圍繞實驗的熱議“令人振奮”。“洩露事件很早就開始意味著它們是我們必須學會與之共處的事情,”她說。“這意味著人們對我們正在做的事情感到興奮。”
如果探測到引力波,那將是一件意義重大的事件。“我眼中的引力波是人類一直對宇宙充耳不聞,”西澳大利亞大學珀斯分校的物理學家、LIGO聯盟成員大衛·布萊爾說。“現在,我們突然有可能為人類創造仿生耳朵,讓我們能夠聆聽宇宙的聲音。”
本文經許可轉載,最初於2016年1月12日首次發表。
