科學也可以如此靠近

雙中子星合併產生的時空漣漪蕩漾到地球,怎樣波動我們的時空?


2017年11月09日17時 今日科學 長安劍
長安劍

國際天文學界扔出了「重磅炸彈」

10月16日來自全球70個天文台的科學家代表們

在美國華盛頓特區宣布:

首次發現兩顆中子星合併所產生的

引力波

在這個重大發現中

出現了「中國裝備」的身影:

南極巡天望遠鏡

以及

空間X射線天文衛星慧眼望遠鏡

這枚「重磅炸彈」想必炸蒙了大部分小夥伴:

中子星是個神馬星?

引力波是個神馬波?

遙遠星空中的中子星合二為一產生的引力波

為什麼會讓1億多光年外的我們

都感受到了強烈的震動?

「時空漣漪」開啟的未來,顛覆常識

引力是怎麼產生的?

我們可以把質量巨大的星體當成一個球

把空間和時間當成一張繃緊的床單

放在床單上的重球

會把時空壓的陷進去一個坑

路過的物體會不可避免地向它靠近

這就是引力

而引力波

則可以看做兩個重球在「滾床單」

時空中出現了不可描述的一陣陣波動

所以被科學家親昵的稱為

時空漣漪

而這次觀測到的「時空漣漪」

就是由兩個在長蛇星座的中子星「滾床單」造成的

他們倆在合體前的100秒內

一秒鐘相互繞轉達到驚人的12圈!

這兩個中子星的密度super高

大小只有40公里但體重竟和恆星一樣重

最終融合成了一個重約2.7倍於太陽的新天體

雖然現在還不知道這個新天體

是中子星還是黑洞

但看到整個過程就足夠讓人興奮啦!

自從愛因斯坦100年前在廣義相對論中

預言了引力波的存在後

除了科學家們費盡心思去研究證明

引力波更多的存在於文藝作品的想像中

因為引力波幾乎可以不受任何限制

無損耗地在宇宙中傳播

眾多科幻作品中引力波能夠承載信息

成為跨越時空交流的「超級廣播信號」

國產科幻《三體》中的引力波發射台

就是這樣一個宇宙廣播電台

是外星人占領地球首先要摧毀的目標

好萊塢大片《星際穿越》則設計了這樣一個場景

年輕的父親在宇宙的另一邊通過引力波

穿越時空和地球上白髮蒼蒼的女兒交流

最終成功獲救

而現在,隨著引力波一次次被發現、被觀測

科學家們一點點取得了前人前所未見的成果

發現了宇宙中金、銀等重金屬元素的來源

測量宇宙膨脹速度的重要參數

證明了預言中的巨新星現象

科幻作品中的「宇宙黑科技」

很可能變成現實

當然這個現實距離現在還很遙遠

但至千里必有跬步相積

即使是科學預言中透出的一絲亮光

人類也會向著那一點光在黑暗中不斷前行

帶著對未知世界永不放棄的探索精神

必然能開創一個美好、全新和顛覆常識的未來

「時空漣漪」波動的意義,遠不止在科學圈

此次首次觀測到雙中子星合併而產生的引力波,並不是第一次觀察到引力波,但卻是人類科學發展的一座里程碑。

說引力波,不能不提到致力於引力波研究的LIGO,它是laser interferometer gravitational wave

observatory的縮寫,也是第一個觀測到引力波的組織。LIGO是一個聯合項目,來自20多個國家的1000多名科學家參與其中,主導項目的三名科學家還一同獲得了今年的諾貝爾物理學獎。LIGO在一項項重大發現中現在光鮮亮麗,名震天下,但在從前它被認為是「有史以來最大的金錢浪費」。

LIGO三名科學家共享了今年的諾貝爾物理學獎

人們對LIGO態度的改變,不僅僅來自於它所作出的重要科研成果,更來自於隨著時代的發展,人們越來越認識到,能夠改變人類認知的發現往往已經不是一個天才、一個國家所能作出的了。

越是對人類影響深遠的成果,越需要全人類的參與。在此次震動世界的重大發現,就是全球協作的一次完美體現:

2017年8月17日,LIGO和Virgo探測器探測到了一個持續時間為100秒左右的新引力波信號。

大約1.7秒後,NASA費米衛星和歐洲SPI-ACS探測器均探測到了一個暗弱的短時標伽馬射線暴。

11個小時之內,位於智利的Swope超新星巡天(SSS)望遠鏡首先在星系NGC4993中觀測到了明亮的光學源。

在接下來的幾個星期之內,世界上最為先進的望遠鏡開展了緊鑼密鼓的觀測。包括錢德拉X射線空間望遠鏡、哈勃空間望遠鏡、甚大望遠鏡、還有阿塔卡馬大型毫米波陣ALMA等等。

18日中國架設在崑崙站的南極巡天望遠鏡AST3-2,歷時10天,每天2小時,在預期坐標內看到了那個寶貴的亮點。

「沒看到」引力波的中國X射線衛星慧眼望遠鏡,進行了成功監測,在這次歷史性發現的論文中報告了觀測結果。

這些觀測對這一災變性事件提供了從併合前約100秒到併合後數星期的全面描述。最終才有10月16日來自全球70個天文台的科學家共同在華盛頓公布這一重大發現的盛舉。

在此刻小小的地球上,各國在進行著利益角逐,局部衝突不斷,而在億萬光年以外的一次天體碰撞,卻讓人類共同攜手開啟未來。雙中子星帶來的時空漣漪蕩漾到地球,帶動的是合作與成功的歡欣鼓舞,地球的利益就是自己的利益,人類的命運就是自己的命運。

全球為何能夠共同攜手,像拼圖一般完成雙中子星合併的壯美畫卷?

不得不說,這其中蘊含著人類嚮往美好未來的共同利益和價值追求。人類命運共同體在這一重大科學事件的全球協作中獲得了再一次的驗證。這個時代中的這個重大科學發現,讓人想到習近平主席在年初達沃斯論壇上引用的那句名言是如此的精確:「這是最好的時代,也是最壞的時代」。

這是一個矛盾的時代,但人類共同的價值利益是不變的。我們能夠超越種族、文化、國家與意識形態的界限,為思考人類未來提供全新的視角,推動世界的發展,同樣,也一定能夠推動世界的和平。

「時空漣漪」的波動中,中國從「走近」到「走進」

崑崙站的南極巡天望遠鏡積極觀測,慧眼望遠鏡監測結果寫入發現論文。在雙中子星合併產生的引力波中,中國不再是那個在角落裡看熱鬧的人,也不是沉默不言的小夥伴,而成為國際合作中的重要一員。

遙想當年,傳教士利瑪竇帶來了西洋的「奇技淫巧」,天球儀、天文望遠鏡都在其中。而現代天文學與古代不同,它需要精密儀器和昂貴的設備。這些基本的物質條件,個人很難置備。天文學知識傳入中國,為變法維新和舊民主主義革命提供了思想武器,但在科研上卻並未發揮作用。

利瑪竇,明萬曆年間來到中國,帶來了西方近代天文學知識

在民國時期,中國的天文學始終處於對西方的模仿階段,南京紫金山天文台、昆明鳳凰山天文台都是在那個時期建立的,雖然開始了現代天文學的探索,但實際上和西方先進科技的距離越來越大。

南京紫金山天文台,始建於1934年,後在抗戰時期科研人員遷往昆明,建立鳳凰山天文台

新中國成立以來,中國天文物理從零起步,默默在學、在趕、在超,中國從無到有地建立了射電天文學、理論天體物理學、高能天體物理學,以及空間天文學,填補了天文年曆編算、天文儀器製造等空白,組織起自己的時間服務系統、緯度和極移服務系統,在諸如世界時測定、光電等高儀製造、人造衛星軌道計算、恆星和太陽的觀測與理論、某些理論和高能天體物理學的課題也取得了重大成果。

這些我們平常很少使用到的天文物理科技「生僻大詞」,其實已經達到了國際上較為先進的行列。而我們更耳熟能詳的是神舟飛船的載人航天技術和探月的嫦娥工程。在引力波研究方面,我國已經開展了三個大型引力波探測項目:「太極計劃」、「天琴計劃」和「阿里實驗計劃」。除了此次大放異彩的南極巡天望遠鏡、和在太空遨遊慧眼望遠鏡外,在貴州的500米口徑球面射電望遠鏡,是我國自主智慧財產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。他們都是今後探索未知宇宙的中國利器。

中國天文學,從望洋興嘆的「小學生」,到與世界頂尖科技比肩奮戰的先進裝備,短短几十年滄桑巨變,在一些人眼裡這種發展比文藝作品更加科幻。每個時代的科技都和一代人的努力密不可分,而一步步走來的背後更是中國國力的飛躍發展。

科技和時代的發展、社會的進步程度總是一一對應,中國天文學的發展歷程恰好展現了這一點。正是有了當今綜合國力走在了世界前列,一直向世界舞台中心「走近」的中國科技才能真正「走進」世界舞台的中心,才沒有錯過茫茫宇宙中那雙中子星結合的微小光點。不僅是科技,經濟、政治、軍事、文化,中國正帶著前所未有的自信,走進前列、走進中心,發揮著更大的作用和影響力。

一座座大型望遠鏡,讓我們看到來自遙遠星際的小小光點,那是我們尚不能到達的遠方,但循著光點不斷前行,是我們必將實現的民族偉大復興。


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