浪漫小镇|引力波被科学界追捧,发现者获诺贝尔奖,有什么重大意义?( 三 )


这样的黑洞碰撞 , 爆发出的能量和引力波当然就更强大更容易被监测到了 。 自从发现了引力波 , 证明黑洞相撞的引力波是最强大的 , 其次才是中子星的引力波 。 当然 , 在地球上探测到的引力波能量 , 与引力波源与我们的距离成反比 , 也就是距离越近探测到的能量相对越大 。
人类首次探测到并证实引力波存在的是两个黑洞相撞 , 科学家们估计这两个黑洞质量分别在36个和29个太阳这么大 , 合并后的总质量约62个太阳 , 另外损失的3个太阳质量转化为引力波向太空扩散了 。 这个引力波能量是巨大的 , 会迸发出强烈的伽马射线和数万亿度的高温 。
但这两个黑洞相撞事件距离我们太远了 , 有13亿光年 。 这样巨大的引力波经历了13亿年的传输 , 到达地球的时空涟漪 , 就只推动了探测仪器4公里长臂移动1个质子直径的万分之一尺度 。

  • 除了黑洞 , 人类探测到的引力波源发自中子星 。
2017年10月16日 , 世界许多国家的科学家同步举行新闻发布会 , 宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波 。 这次与以往不同的是 , 许多科研机构通过各种望远镜同时“看到”这一壮观的宇宙事件发出的电磁信号 。 这次的发现 , 更加证实了引力波运动速度与光速的一致性 。
这次碰撞发生在距离我们1.3亿光年的深空 , 也就是说引力波经历了1.3亿年才传送到了我们地球 。 据科学家估计 , 这次碰撞 , 产生了约300个地球质量的黄金 , 还产生了铂、汞、铀等大量重金属 。 碰撞产生了强烈的伽马射线暴 , 达到2万亿度高温 。
我们地球上的黄金等贵重金属 , 都是宇宙中这种极端事件中产生的 , 地球本身生成不了任何重元素 。
2019年 , LIGO又探测到了两颗中子星相撞事件 , 这次发现是静悄悄的 , 没有哪个科学机构观测到电磁信号 。 但这次对中子星的质量以及碰撞后合并的质量有了新发现 , 人们发现这次碰撞的两颗中子星质量合计达到太阳的3.4倍 , 比以往在银河系发现的任何中子星双星质量都要大 。
由此可见 , 引力波的能量除了黑洞相撞 , 就是中子星相撞 。 到现在为止 , 还没有发现其他宇宙事件的引力波 。 当然超新星爆发也会产生能量较大的引力波 , 我想未来也很容易探测到 。
  • 发现引力波的意义和重要作用
前面说了 , 引力波发现将对天文宇宙学发展以及宇宙探索有着重大突破性意义 。 为什么这么说呢?这是因为引力波探测将弥补电磁波和光学探测的不足 , 可以探测宇宙更远更深入的情况 。
我们知道 , 在宇宙中存在的四种基本力中 , 引力和电磁力作用范围都是无限远 。 光学和各种射电、射线都属于电磁力范畴 , 理论上虽然可以探测无限远 , 但光电探测有一个致命弱点 , 就是会被物质所吸收和遮挡 。 而宇宙中充满了尘埃和各种天体 , 因此 , 远方天体很容易被遮挡住 , 就很难探测到 , 或者难以探测得很清楚 。
根据大爆炸宇宙模型 , 在宇宙大爆炸开始 , 到38万年之间这个时间段 , 宇宙处于极端高温高密度状态 , 这段时间电磁波是被屏蔽的 , 无法溢出 , 也就是各种波段的光都被禁锢宇宙一锅浓密的粒子汤里面 , 对人类来说是伸手不见五指的黑暗时期 。
而宇宙在这38万年间 , 发生了巨大变化 , 经历了普朗克时间的普朗克温度 , 也就是大爆炸开始10^-43秒时 , 宇宙温度为10^32K , 大小只有10^-35米的尺度 。 以后又在10^-35秒时 , 发生了仅持续10^-33秒时间的暴涨 , 在这短短一瞬宇宙膨胀发生了100次加倍 , 也就是体积瞬间增加了10^30倍 。