科學(xué)家找尋引力波有助揭開(kāi)宇宙誕生之謎

　　據(jù)英國(guó)《泰晤士報(bào)》報(bào)道，科學(xué)家回溯宇宙誕生之初的時(shí)間又向后推進(jìn)。借助設(shè)在美國(guó)的激光干涉引力波觀測(cè)臺(tái)，科學(xué)家們一直在時(shí)空中搜尋引力波的扭動(dòng)。

　　盡管至今仍然沒(méi)有直接觀測(cè)到任何引力波，該觀測(cè)臺(tái)仍然收獲了最有意義的成果。一個(gè)國(guó)際科研小組在20日出版的新一期《自然》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們終于鎖定了引力波的探測(cè)范圍。這一發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家了解宇宙誕生60秒鐘后的狀態(tài)，而以往無(wú)法觀測(cè)到宇宙大爆炸38萬(wàn)年后之前的狀態(tài)。

　　宇宙大爆炸理論認(rèn)為，宇宙是從一個(gè)無(wú)限小的奇點(diǎn)開(kāi)始的，迅速膨脹并且至今仍在膨脹。根據(jù)該理論，大爆炸之后瞬間所發(fā)生的，對(duì)于我們探究宇宙誕生之謎至關(guān)重要。因此有科學(xué)家稱(chēng)，“事實(shí)上，把時(shí)間本身當(dāng)成從這些最初的若干瞬間延伸出來(lái)，將有助于我們理解一百億分之一秒與宇宙之后數(shù)十億年的歷史是同等重要的。”

　　不過(guò)由于宇宙的遼闊亙古，科學(xué)家很難將觀測(cè)延伸至久遠(yuǎn)的宇宙誕生之初，不過(guò)引力波有宇宙初生時(shí)的“啼哭”之稱(chēng)，它自宇宙誕生后便一直四散傳播，對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)更好地理解宇宙誕生和時(shí)空本質(zhì)至為關(guān)鍵。

　　引力波是愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論中提出的，即物體加速運(yùn)動(dòng)時(shí)給宇宙時(shí)空帶來(lái)的擾動(dòng)。通俗地說(shuō)，可以把它想象成水面上物體運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水波。雖然從未證實(shí)過(guò)這種現(xiàn)象的存在，但科學(xué)家們比以往任何時(shí)候更致力于利用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的裝置來(lái)尋找引力波。

　　愛(ài)因斯坦在其廣義相對(duì)論中預(yù)言了引力波的存在，科學(xué)家們相信引力波經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)使時(shí)空發(fā)生拉伸和擠壓現(xiàn)象。劇烈的事件，例如超新星爆炸或兩個(gè)黑洞相撞，會(huì)產(chǎn)生最大和最可探測(cè)到的波動(dòng)。盡管天體物理學(xué)家接受了這些波動(dòng)存在的觀點(diǎn)，卻始終沒(méi)能直接探測(cè)到。LIGO也從來(lái)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何引力波，無(wú)論這對(duì)于天體動(dòng)力學(xué)和宇宙學(xué)具有多么重要的意義。

　　新的時(shí)間破曉之窗由激光干涉引力波觀測(cè)臺(tái)(LIGO)開(kāi)啟，它是由3名觀測(cè)器組成的觀測(cè)網(wǎng)，自2005年以來(lái)一直在尋找引力波的存在。特定的宇宙誕生之初的理論模型預(yù)言引力波在LIGO的數(shù)據(jù)中是能觀測(cè)到的。雖然至今還沒(méi)有觀測(cè)到，“尚未發(fā)現(xiàn)”研究卻將有關(guān)宇宙成長(zhǎng)的假說(shuō)范圍縮小了。

　　出版于《自然》雜志的研究也提供證據(jù)證明引力波觀測(cè)臺(tái)將開(kāi)啟天文學(xué)的新紀(jì)元，讓科學(xué)家能夠研究此前未能發(fā)現(xiàn)的宇宙現(xiàn)象，例如超新星和黑洞。大爆炸38萬(wàn)年后以前的宇宙對(duì)于利用電磁波頻譜技術(shù)的傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡是難以看清的。

　　佛羅里達(dá)大學(xué)的大衛(wèi)•雷茨教授是LIGO科學(xué)促進(jìn)會(huì)的發(fā)言人，他說(shuō)：“引力波是直接探測(cè)宇宙誕生之初狀況的唯一途徑，從這個(gè)角度說(shuō)它絕對(duì)是獨(dú)一無(wú)二的。我們無(wú)法從宇宙的其他任何模型中獲得這種信息。”

　　根據(jù)經(jīng)典理論，大爆炸之初產(chǎn)生了大量的引力波，有些直到現(xiàn)在還漫布在宇宙中。這種隱藏在時(shí)空深處的背景波的波長(zhǎng)將由年輕的宇宙結(jié)構(gòu)所決定。

　　LIGO觀測(cè)臺(tái)在其能夠研究的特定頻率范圍內(nèi)探測(cè)引力波訊號(hào)的失敗結(jié)果證明這種背景波可能具有最大的波長(zhǎng)。這樣的結(jié)果排除幾種關(guān)于早期宇宙的假說(shuō)，這些假說(shuō)預(yù)言引力波有更強(qiáng)的背景波。

　　這些發(fā)現(xiàn)有助于解釋宇宙為什么和怎樣獲得“粗笨的”結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中物質(zhì)被聚集到擁有巨大區(qū)域的星系中，中間存在著真空的空間。與這些發(fā)現(xiàn)看起來(lái)最相關(guān)聯(lián)的想法是這種粗笨結(jié)構(gòu)在宇宙還很微小的時(shí)候由其溫度的隨機(jī)波動(dòng)中演化而來(lái)。隨著宇宙的膨脹，這種波動(dòng)也變大了。

　　致力于這項(xiàng)研究的格拉斯哥大學(xué)吉姆•霍夫教授認(rèn)為L(zhǎng)IGO將有八分之一的機(jī)會(huì)在未來(lái)的18個(gè)月內(nèi)直接探測(cè)到引力波。如果失敗，就要更新設(shè)備。新設(shè)備計(jì)劃于2014年就緒，幾乎肯定能夠捕捉到引力波訊號(hào)。

　　引力波難于探測(cè)是因?yàn)椴ê蹣O小。例如在地球和半人馬座(距離4.3光年)之間的引力波線僅使空間產(chǎn)生象一根頭發(fā)那樣細(xì)微的彎曲。LIGO探測(cè)器利用L型的設(shè)備捕捉如此細(xì)微的擾動(dòng)。

　　漢福德是美國(guó)華盛頓州南部重要的原子能研究中心，那里部署了兩部探測(cè)器，一部有2公里長(zhǎng)的束管，另一部的束管有4公里長(zhǎng)。在路易斯安那州的利文斯頓也部署了一部束管4公里長(zhǎng)的探測(cè)器。兩個(gè)觀測(cè)臺(tái)的價(jià)值達(dá)3.65億美元，通過(guò)束管發(fā)射激光，以便于探測(cè)與引力波傳播密切相關(guān)的空間微小扭曲現(xiàn)象。激光束彼此之間呈直角。

　　引力波可能使一個(gè)受到壓縮而使另一個(gè)被伸長(zhǎng)——盡管只有原子核直徑的萬(wàn)分之一的距離，這就導(dǎo)致當(dāng)光束集合在一起時(shí)形成微弱的閃光。至少要兩部探測(cè)器才能證實(shí)引力波的存在。歐洲也有兩部探測(cè)器——意大利的處女座探測(cè)器和德國(guó)的GEO600探測(cè)器。