科学家找寻引力波有助揭开宇宙诞生之谜(图)

http://www.sina.com.cn  2009年08月23日 09:07  新浪科技

引力波是爱因斯坦在广义相对论中提出的，即物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。

剧烈的事件，例如超新星爆炸或两个黑洞相撞，会产生最大和最可探测到的波动。
新浪科技讯 北京时间8月23日消息，据英国《泰晤士报》报道，科学家回溯宇宙诞生之初的时间又向后推进。借助设在美国的激光干涉引力波观测台，科学家们一直在时空中搜寻引力波的扭动。
尽管至今仍然没有直接观测到任何引力波，该观测台仍然收获了最有意义的成果。一个国际科研小组在20日出版的新一期《自然》杂志上报告说，他们终于锁定了引力波的探测范围。这一发现有助于科学家了解宇宙诞生60秒钟后的状态，而以往无法观测到宇宙大爆炸38万年后之前的状态。
宇宙大爆炸理论认为，宇宙是从一个无限小的奇点开始的，迅速膨胀并且至今仍在膨胀。根据该理论，大爆炸之后瞬间所发生的，对于我们探究宇宙诞生之谜至关重要。因此有科学家称，“事实上，把时间本身当成从这些最初的若干瞬间延伸出来，将有助于我们理解一百亿分之一秒与宇宙之后数十亿年的历史是同等重要的。”
不过由于宇宙的辽阔亘古，科学家很难将观测延伸至久远的宇宙诞生之初，不过引力波有宇宙初生时的“啼哭”之称，它自宇宙诞生后便一直四散传播，对其进行观测，对更好地理解宇宙诞生和时空本质至为关键。
引力波是爱因斯坦在广义相对论中提出的，即物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。通俗地说，可以把它想象成水面上物体运动时产生的水波。虽然从未证实过这种现象的存在，但科学家们比以往任何时候更致力于利用专门设计的装置来寻找引力波。
爱因斯坦在其广义相对论中预言了引力波的存在，科学家们相信引力波经过时会使时空发生拉伸和挤压现象。剧烈的事件，例如超新星爆炸或两个黑洞相撞，会产生最大和最可探测到的波动。尽管天体物理学家接受了这些波动存在的观点，却始终没能直接探测到。LIGO也从来没有发现任何引力波，无论这对于天体动力学和宇宙学具有多么重要的意义。
新的时间破晓之窗由激光干涉引力波观测台(LIGO)开启，它是由3名观测器组成的观测网，自2005年以来一直在寻找引力波的存在。特定的宇宙诞生之初的理论模型预言引力波在LIGO的数据中是能观测到的。虽然至今还没有观测到，“尚未发现”研究却将有关宇宙成长的假说范围缩小了。
出版于《自然》杂志的研究也提供证据证明引力波观测台将开启天文学的新纪元，让科学家能够研究此前未能发现的宇宙现象，例如超新星和黑洞。大爆炸38万年后以前的宇宙对于利用电磁波频谱技术的传统望远镜是难以看清的。
佛罗里达大学的大卫•雷茨教授是LIGO科学促进会的发言人，他说：“引力波是直接探测宇宙诞生之初状况的唯一途径，从这个角度说它绝对是独一无二的。我们无法从宇宙的其他任何模型中获得这种信息。”
根据经典理论，大爆炸之初产生了大量的引力波，有些直到现在还漫布在宇宙中。这种隐藏在时空深处的背景波的波长将由年轻的宇宙结构所决定。
LIGO观测台在其能够研究的特定频率范围内探测引力波讯号的失败结果证明这种背景波可能具有最大的波长。这样的结果排除几种关于早期宇宙的假说，这些假说预言引力波有更强的背景波。
这些发现有助于解释宇宙为什么和怎样获得“粗笨的”结构，在这种结构中物质被聚集到拥有巨大区域的星系中，中间存在着真空的空间。与这些发现看起来最相关联的想法是这种粗笨结构在宇宙还很微小的时候由其温度的随机波动中演化而来。随着宇宙的膨胀，这种波动也变大了。
致力于这项研究的格拉斯哥大学吉姆•霍夫教授认为LIGO将有八分之一的机会在未来的18个月内直接探测到引力波。如果失败，就要更新设备。新设备计划于2014年就绪，几乎肯定能够捕捉到引力波讯号。
引力波难于探测是因为波痕极小。例如在地球和半人马座(距离4.3光年)之间的引力波线仅使空间产生象一根头发那样细微的弯曲。LIGO探测器利用L型的设备捕捉如此细微的扰动。
汉福德是美国华盛顿州南部重要的原子能研究中心，那里部署了两部探测器，一部有2公里长的束管，另一部的束管有4公里长。在路易斯安那州的利文斯顿也部署了一部束管4公里长的探测器。两个观测台的价值达3.65亿美元，通过束管发射激光，以便于探测与引力波传播密切相关的空间微小扭曲现象。激光束彼此之间呈直角。
引力波可能使一个受到压缩而使另一个被伸长——尽管只有原子核直径的万分之一的距离，这就导致当光束集合在一起时形成微弱的闪光。至少要两部探测器才能证实引力波的存在。欧洲也有两部探测器——意大利的处女座探测器和德国的GEO600探测器。(唐宁)