[科普中國(guó)]-施郁：引力波，打開(kāi)人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙的新窗口

新華網(wǎng)上海11月28日電（鐘艷平） “激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）探測(cè)到引力波，打開(kāi)了人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙的新窗口?！睆?fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師、全國(guó)量子力學(xué)研究會(huì)副理事長(zhǎng)施郁在“上?？茀f(xié)大講壇暨科技前沿大師談 解讀2017年諾貝爾物理獎(jiǎng)科普?qǐng)?bào)告會(huì)”現(xiàn)場(chǎng)接受新華網(wǎng)采訪時(shí)說(shuō)。

2015年9月14日，LIGO首次直接探測(cè)到引力波，2016年2月12日宣布后，引發(fā)社會(huì)公眾高度關(guān)注。2017年8月17日，LIGO探測(cè)到一對(duì)中子星碰撞產(chǎn)生的引力波，相關(guān)結(jié)果于10月16日正式公布后，又一次轟動(dòng)世界。

施郁提出，時(shí)空像一個(gè)無(wú)處不在的材料，可以彎曲、振動(dòng)，振動(dòng)的波就是引力波。他表示，引力波經(jīng)過(guò)的地方，任意兩點(diǎn)之間的距離都會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)式的改變?！氨热缫粋€(gè)氣球，在氣球表面畫(huà)兩個(gè)點(diǎn)，吹氣球時(shí)，兩點(diǎn)之間的距離就會(huì)變大。將氣球表面類(lèi)比宇宙，氣球的膨脹就類(lèi)似宇宙的膨脹?，F(xiàn)在，如果在氣球表面某處擰一下、敲一下，氣球表面就會(huì)發(fā)生振動(dòng)的傳播，也就是波，波可以傳到氣球表面上畫(huà)的兩點(diǎn)，引起它們之間距離的變化。這個(gè)波可以類(lèi)比于宇宙中的引力波，雖然具體的振動(dòng)模式不一樣?！笔┯羯鷦?dòng)地介紹。

2017年10月，瑞典皇家科學(xué)院宣布，今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一半授予雷納·韋斯，另一半授予巴里·巴里什和基普·索恩，以表彰他們“為激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）以及引力波的觀測(cè)所作的決定性貢獻(xiàn)?！睘槭裁匆Σㄌ綔y(cè)在這么短的時(shí)間內(nèi)獲得諾貝爾獎(jiǎng)？

施郁表示，引力波是100年前愛(ài)因斯坦根據(jù)廣義相對(duì)論所作的一個(gè)預(yù)言，經(jīng)過(guò)幾代物理學(xué)家堅(jiān)持不懈的努力，100年后引力波被直接探測(cè)到，這對(duì)人類(lèi)探索神秘?zé)o垠的宇宙具有重要的意義。他認(rèn)為，LIGO探測(cè)到引力波，直接驗(yàn)證了廣義相對(duì)論和它預(yù)言的引力波的存在，開(kāi)啟了人類(lèi)對(duì)強(qiáng)引力、隨時(shí)間變化的引力以及黑洞的直接觀測(cè)，打開(kāi)了人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙的新窗口?！爸拔覀冴P(guān)于宇宙的信息來(lái)自宇宙中傳來(lái)的電磁波和粒子，如宇宙線和中微子，而引力波帶來(lái)了主宰宇宙的引力的直接信息?！笔┯粽f(shuō)，LIGO探測(cè)到黑洞并合產(chǎn)生的引力波，也證明了黑洞的存在。

宇宙中最強(qiáng)的引力波傳到地球時(shí)，導(dǎo)致的相對(duì)長(zhǎng)度變化為0.0…01（其中小數(shù)點(diǎn)后面有21個(gè)0），而且引力波的頻率有特定的范圍，因此引力波很難直接探測(cè)。施郁介紹，LIGO的光學(xué)系統(tǒng)由激光、鏡子和光探測(cè)器組成，其穩(wěn)定性由抗干擾的衰減系統(tǒng)和超真空保證，還通過(guò)功率循環(huán)的方法增強(qiáng)激光功率?！盀榭朔h(huán)境擾動(dòng)，LIGO有一套復(fù)雜的反饋控制系統(tǒng)。防振的第一道防線是衰減隔離系統(tǒng)。還要克服鏡子內(nèi)部和周邊原子的無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。鏡子由特殊的石英玻璃制成，吸收光子非常少，并用輔助措施抵消激光引起的形變，鏡子涂層材料既有高反射率，也能盡量降低熱噪聲。微觀上，光由光子組成，具有量子不確定性，這導(dǎo)致量子噪聲，LIGO通過(guò)調(diào)節(jié)激光的特性來(lái)克服量子噪聲。”施郁告訴記者。

“LIGO成功探測(cè)引力波對(duì)我國(guó)而言具有諸多可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，”施郁建議，我國(guó)需要盡快建立自己的觀測(cè)臺(tái)，并積極參與國(guó)際合作，同時(shí)，通過(guò)小規(guī)模的理論和實(shí)驗(yàn)工作，深入研究與引力波探測(cè)相關(guān)的各種問(wèn)題。

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