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漫畫來源：上海市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)
對(duì)話嘉賓：陳雁北(引力波論文作者之一、LIGO科學(xué)聯(lián)盟核心成員、加州理工學(xué)院教授) 特約嘉賓：胡一鳴(德國馬普引力物理所、清華大學(xué)博士后、LIGO科學(xué)合作組織成員) 整理/記者 白竟楠 廖邁倫 審稿人/陳雁北 >>>>Q：您是如何進(jìn)入研究引力波的領(lǐng)域的? 陳雁北：我參加引力波的項(xiàng)目很偶然，以前在北大學(xué)物理,研究理論和物理，后來到了美國加州理工學(xué)院看到引力波的研究感覺非常新，所以就加入了。引力波的探測(cè)是很長的過程，長達(dá)幾十年。最開始引力波研究的時(shí)候，大家都不知道引力波有多強(qiáng)，甚至不知道從哪個(gè)天體物理系統(tǒng)放出的引力波比較可能被探測(cè)到。我很幸運(yùn)，參加這個(gè)領(lǐng)域十幾年后LIGO就探測(cè)到了信號(hào)，這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)入了一個(gè)新的階段。相比之下，對(duì)于更早參與的科學(xué)家，有些人參與幾十年，一直都處于一個(gè)探索狀態(tài)，直到今天才有了結(jié)果。對(duì)于比我更年輕的新一代的科學(xué)家來說，他們更幸運(yùn)，在起點(diǎn)就有這么新的研究成果，以后還會(huì)有更深層的研究和探索。 >>>>Q：從進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域開始到現(xiàn)在，面對(duì)這樣一個(gè)看似無望的研究，想過要放棄嗎? 陳雁北：雖然引力波的探測(cè)具有比較大的不確定性，我覺得探測(cè)的手段和過程都有意思，對(duì)此非常有興趣。當(dāng)然，我也希望能真正的探測(cè)到引力波。 胡一鳴：詩意一點(diǎn)說，風(fēng)景在路上，追逐探測(cè)的這個(gè)過程，也一樣很美好。 >>>>Q：為什么這次論文沒有發(fā)表在《自然》或《科學(xué)》上，而選擇了PRL呢? 陳雁北：因?yàn)楹芎线m。其實(shí)《自然》或《科學(xué)》與PRL來說各有側(cè)重，很多物理學(xué)上的重要發(fā)現(xiàn)都是發(fā)在PRL上的，而另兩者可能更側(cè)重最新的研究進(jìn)展，更追求“新”。PRL是一個(gè)很好的物理期刊，而我們所做的是一個(gè)物理的結(jié)果，所以就選擇了PRL。 胡一鳴：我說一下個(gè)人淺見，曾經(jīng)聽一位師兄說，在天文領(lǐng)域，最重要的發(fā)現(xiàn)都是發(fā)表在ApJ或者PRL，而《自然》或《科學(xué)》則更多的追逐時(shí)髦，APJ和PRL才是經(jīng)典。 >>>>Q：請(qǐng)問您日常的科研工作是什么樣的? 陳雁北：我的科研組里有8個(gè)研究生和2個(gè)博士后，有很多部分的科研分配給他們?nèi)プ觥Ｋ麄冎g也會(huì)有合作，我的工作時(shí)間有相當(dāng)于一部分時(shí)間跟他們討論進(jìn)展，每周開組會(huì)，閱讀最新文獻(xiàn)，同時(shí)自己還要去想一些理論問題。我以自己小組里面的工作為主，我的工作還有一部分要教書，準(zhǔn)備講課的材料，新的課程每講一個(gè)半小時(shí)的課要準(zhǔn)備五六個(gè)小時(shí)，教學(xué)也是工作中很大一部分時(shí)間。 我的工作可能跟大家想象中的科學(xué)家不一樣，我自己不處理數(shù)據(jù)也不使用觀測(cè)儀器，主要是做紙和筆來計(jì)算和在計(jì)算機(jī)上的數(shù)值模擬，我的工作和碼工沒有太大區(qū)別(笑)。 胡一鳴：每天上百封電子郵件，每天都有電話會(huì)議，有時(shí)候更多。探測(cè)器在美國，但是數(shù)據(jù)都會(huì)放在超級(jí)計(jì)算機(jī)上(這部分的工作也有清華研究團(tuán)隊(duì)早些年的貢獻(xiàn))。我們都可以連接到超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、處理。 >>>>Q：引力波存在與我們每個(gè)人的生活有什么密切聯(lián)系嗎?能否詳細(xì)舉例? 陳雁北：引力波這種前沿的研究可以對(duì)科學(xué)技術(shù)有很大的推動(dòng)，可以培養(yǎng)很多技術(shù)人才，但是引力波的存在與否，和人們?nèi)粘Ｉ羁峙聸]有太大關(guān)系。 胡一鳴：如果要問及它的現(xiàn)實(shí)意義，恐怕很少有人能回答得上來。正如愛因斯坦當(dāng)年也無法準(zhǔn)確地預(yù)言，廣義相對(duì)論能給人帶來什么用處。但實(shí)際上，我們手機(jī)里使用的衛(wèi)星導(dǎo)航，如果缺了廣義相對(duì)論的修正，根本就無法正常使用。有故事說，一位收稅官在觀看了法拉第的電動(dòng)機(jī)工作表演后，很輕蔑地問道：“這樣的東西會(huì)有什么用呢?”法拉第告訴那位收稅官：“先生，我想在將來的某一天，他一定會(huì)向它收稅的?！痹诿鎸?duì)科學(xué)突破時(shí)，特別是這種基礎(chǔ)領(lǐng)域的突破時(shí)，我們不應(yīng)該以現(xiàn)實(shí)應(yīng)用評(píng)價(jià)它的價(jià)值。當(dāng)然，這也并不是說，納稅人的錢扔給LIGO只是為了聽個(gè)響(我們的確聽到了這一聲黑洞的并合)，在LIGO的建造中，涉及到無數(shù)科研前沿的問題等待突破，而這些技術(shù)上的創(chuàng)新與突破，紛紛都衍生出草創(chuàng)公司，也許未來某一天，我們也將從中受益。要知道，創(chuàng)造互聯(lián)網(wǎng)的，并不是某個(gè)商業(yè)公司，而是為了探索高能物理的歐核中心。 >>>>Q：在LIGO組織你們有接受過科普方面的培訓(xùn)嗎? 陳雁北：我沒有經(jīng)過科普方面的培訓(xùn)，我們以前的科普工作專門有人組織在探測(cè)器方面有面向中小學(xué)生開放的展覽，合作組織也會(huì)定期組織科普活動(dòng)。我本人參與科普活動(dòng)很少。我們以前也沒有探測(cè)到引力波，如今探測(cè)到了從雙黑洞碰撞發(fā)出的引力波，在科普方面有了一個(gè)新的側(cè)重點(diǎn)。 胡一鳴：科普更多的還是個(gè)人的興趣，大家都很忙，很難擠出時(shí)間做科普。不過我作為一個(gè)從小就是天文愛好者，成長為天文研究人員，非常希望可以把我對(duì)科學(xué)，對(duì)天文的熱情傳遞給更多的大眾。在LIGO團(tuán)隊(duì)里面有一個(gè)專門的小組是科普相關(guān)的，大家都是業(yè)余愛好，因?yàn)楫吘箷r(shí)間上和做科研的時(shí)間常常沖突。當(dāng)然這一次的探測(cè)結(jié)果，這個(gè)科普列表忙瘋了，我們LIGO科學(xué)合作組織的很多年輕華人學(xué)者在微信里面建立了一個(gè)群，在新聞發(fā)布會(huì)之前的一個(gè)星期做了很多的翻譯和寫作工作。 >>>>Q：為什么時(shí)隔半年左右才宣布測(cè)量到引力波? 胡一鳴：其實(shí)信號(hào)到達(dá)后3分鐘就被程序發(fā)現(xiàn)，但是因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候還沒有正式開始觀測(cè)，所以大家并不期待探測(cè)到信號(hào)，回過神來第一個(gè)發(fā)現(xiàn)這次探測(cè)時(shí)已經(jīng)是半小時(shí)以后了。盡管如此，我們內(nèi)部恪守規(guī)則，在沒有萬分的把握之前，嚴(yán)禁任何成員向任何組織外的個(gè)人透露消息。 LIGO科學(xué)合作組織非常的嚴(yán)謹(jǐn)。只有當(dāng)你握有強(qiáng)有力的證據(jù)，你才可以做出超出常人想象的論斷。雙黑洞的探測(cè)是一次驚世之作，在我們沒有十二分自信之前，我們不敢輕易發(fā)布消息。對(duì)于大眾讀者而言，這不過是屏幕或者報(bào)紙上的簡(jiǎn)單幾個(gè)數(shù)字，但是我們所發(fā)表的論文中的每一句話，每一個(gè)數(shù)字，背后都是漫天飛舞的電子郵件的討論和反復(fù)的計(jì)算和確認(rèn)，浸滿了科學(xué)家的汗水?？梢哉f，我們發(fā)表的文章，兩句三年得，一吟雙淚流。 >>>>Q：引力波的傳輸速度是多少?如何解釋量子糾纏是即時(shí)發(fā)生的?可以理解引力波是一種電磁波嗎? 陳雁北：引力波和電磁波在數(shù)學(xué)上的性質(zhì)有很多相似的地方，但是不能說二者相同。他們的波長在遠(yuǎn)小于宇宙不均勻的尺度時(shí)，引力波和電磁波是同樣的速度，但是如果它們的波長和振幅都不小，它們的傳播是有不同之處的。假定引力波的波長比宇宙時(shí)空曲率小很多的情況下，引力波的傳播速度是按照光速傳播的?；蛘哒f，波長小的引力波和光波，在真空中，傳播規(guī)律是一樣的。否則，引力波、電磁波的波包會(huì)擴(kuò)散，不會(huì)以一定的速度傳播，而且這種擴(kuò)散的方式在兩種波之間是不同的。 在這次觀測(cè)的過程中，引力波的波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于宇宙的不均勻的尺度，因此以光速傳播。 量子糾纏并不能傳播信息，等到信號(hào)沿著光束傳到另一個(gè)地方信息才能獲得傳遞，所以量子糾纏所謂的突發(fā)性和引力波的光速傳播并不是矛盾的。在更深的層次上，量子力學(xué)和廣義相對(duì)論的結(jié)合現(xiàn)在還沒有最后的完成，所以完全理解在廣義相對(duì)論下最一般的量子糾纏，還需要等待基礎(chǔ)物理的進(jìn)一步發(fā)展。 >>>>Q：兩個(gè)黑洞合并過程中，最后大黑洞的質(zhì)量是否不能預(yù)測(cè)? 陳雁北：可以從數(shù)值相對(duì)論中預(yù)測(cè)到，從微擾論中可以估測(cè)到，所以，計(jì)算和估算都是可以的。已經(jīng)有檢驗(yàn)相對(duì)論的論文談到了用數(shù)值相對(duì)論來計(jì)算黑洞的質(zhì)量問題。 >>>>Q：引力波探測(cè)到對(duì)未來“天琴計(jì)劃”有何影響?是否就不要再繼續(xù)了? 陳雁北：這是錯(cuò)誤的說法，天空和地面探測(cè)引力波是不同的波段，看到的源是不同的，從這些觀測(cè)中我們可以學(xué)到的關(guān)于宇宙知識(shí)也是不一樣的，就好像用不同波段的光、無線電、X光來探測(cè)天文，不同的波段看到的是不同的現(xiàn)象，觀測(cè)到的是不同的東西，本身不矛盾。 而且如果地面探測(cè)到引力波，這是對(duì)空間探測(cè)的鼓勵(lì)，比如在地面探測(cè)到比太陽質(zhì)量大幾十倍的黑洞，而在天琴計(jì)劃看到的是更大的黑洞，很可能是星團(tuán)中心、星系中心的大質(zhì)量黑洞并合過程，這是都在地面上探測(cè)不到的。所以天琴計(jì)劃帶來的是更新的信息，反而能進(jìn)一步推動(dòng)相關(guān)研究。 在國內(nèi)有幾個(gè)科研組參加了引力波的研究方向，甚至有的研究可以推動(dòng)中國空間的引力波項(xiàng)目?！疤烨儆?jì)劃”我去年已經(jīng)聽說了，中國現(xiàn)在發(fā)展那么快，在科研方向應(yīng)該做出中國的貢獻(xiàn)，我也在和中山大學(xué)的教授們討論怎么幫助“天琴計(jì)劃”。目前“天琴計(jì)劃”尚處于比較起始的階段，大家需要從天文學(xué)、儀器上的可行性等方面去論證，如何把它變得更好，需要實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家和理論物理學(xué)家、天文學(xué)家共同討論的過程。中國要考慮的是，如何最好的發(fā)揮自己的特點(diǎn)，在引力波探測(cè)到之后如何再發(fā)現(xiàn)有特色的發(fā)展方向。 胡一鳴：對(duì)于我國自己的引力波實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我個(gè)人認(rèn)識(shí)是應(yīng)該大力鼓勵(lì)和支持的。我去年年底參加過天琴計(jì)劃的研討會(huì)，如果可以做成，我非常希望自己可以參與到咱們國家自己的引力波研究進(jìn)展中。對(duì)于我國自己的引力波實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我個(gè)人認(rèn)識(shí)是應(yīng)該大力鼓勵(lì)和支持的。我去年年底參加過天琴計(jì)劃的研討會(huì)，如果可以做成，我非常希望自己可以參與到咱們國家自己的引力波研究進(jìn)展中。 >>>>Q：引力波經(jīng)過干涉儀的時(shí)候改變了空間長度，但是時(shí)間也有改變，實(shí)驗(yàn)過程如何處理時(shí)間的改變，需要考慮時(shí)間誤差嗎? 陳雁北：這個(gè)問題不是“引力波經(jīng)過干涉儀改變了時(shí)空”這么簡(jiǎn)單，是一種科普中把技術(shù)問題一帶而過的方法。在實(shí)際的計(jì)算中，要在時(shí)空中建立一個(gè)坐標(biāo)系(網(wǎng)格)，考慮引力波對(duì)這個(gè)坐標(biāo)系的“度規(guī)”(即網(wǎng)格的形狀)的改變，然后分別考慮時(shí)鐘、光線和檢驗(yàn)質(zhì)量這三種不同的物質(zhì)在這個(gè)網(wǎng)格中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，最終計(jì)算出，當(dāng)光線時(shí)鐘出發(fā)，在網(wǎng)格中傳播，從檢驗(yàn)質(zhì)量上反射回來，并且打回時(shí)鐘位置上時(shí)，時(shí)鐘所指時(shí)間的變化。在這個(gè)計(jì)算中，我們要考慮在引力波影響下時(shí)鐘的快慢、光線的彎折、以及檢驗(yàn)質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)。在三個(gè)因素都考慮以后，才能正確得出信號(hào)對(duì)引力波的依賴關(guān)系。 >>>>Q：引力波的偏振又是怎么回事呢? 陳雁北：偏振的意思是當(dāng)引力波在傳播的時(shí)候可以有不同的方法來改變物體之間的距離，或者說改變時(shí)鐘的時(shí)間，這就是偏振。電磁波也是有偏振的，比如墨鏡、顯示屏上都有電磁波偏振的器件，不同的偏振電磁波下電場(chǎng)的方向是不一樣的，不同的偏振電磁波下電荷的運(yùn)動(dòng)也不一樣。 >>>>Q：為什么黑洞合并過程中發(fā)出的典型引力波波長接近黑洞尺寸? 陳雁北：所謂典型就是并合在最后的階段中他的波長接近于黑洞尺度，這個(gè)其實(shí)是自然形成的。因?yàn)樵趶V義相對(duì)論里面，兩個(gè)黑洞在最初形成同一個(gè)黑洞時(shí)，他們兩個(gè)的距離實(shí)際上是和質(zhì)量成正比的，大約是這個(gè)質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的史瓦希半徑。引力波的波長正好就是這個(gè)距離的尺度，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)空的扭曲的尺度是在這個(gè)距離上。 >>>>Q：引力波是在弱引力條件下線性化后得到的波的形式，而且波速是光速，但這次探測(cè)的是黑洞的引力波，應(yīng)該是強(qiáng)引力的，是否和弱線性的引力波在數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)上有所不同，波速是否是光速? 陳雁北：引力波在黑洞附近產(chǎn)生的時(shí)候，的確有很多非線性很強(qiáng)引力的現(xiàn)象，但是黑洞本身的大小只有幾百公里，從黑洞傳播到地球有十三億光年的距離，這十三億光年的距離本身是弱引力的，所以從整體上來講，還是弱引力的過程。在這個(gè)過程中是以弱引力傳播的。 >>>>Q：兩個(gè)黑洞撞擊過程中，強(qiáng)場(chǎng)中產(chǎn)生的非線性引力波可能對(duì)應(yīng)一種非線性引力子嗎? 陳雁北：從技術(shù)上來講，一個(gè)引力子產(chǎn)生兩個(gè)引力子，或者兩個(gè)引力子再產(chǎn)生一個(gè)引力子就是非線性的相互作用，那么是可以看成這種現(xiàn)象的。 >>>>Q：能夠預(yù)測(cè)到何時(shí)可再觀測(cè)到嗎? 胡一鳴：根據(jù)黑洞并合事件的探測(cè)數(shù)，以及aLIGO對(duì)于這類事件產(chǎn)生的引力波的敏感度，我們可以估算宇宙中黑洞并合的發(fā)生率。將這個(gè)事件的發(fā)生率與下一次aLIGO觀測(cè)運(yùn)行的預(yù)期靈敏度相結(jié)合，就可以讓我們對(duì)下一次觀測(cè)中能夠探測(cè)到的事件數(shù)目有一個(gè)大概的認(rèn)知。這個(gè)數(shù)字是非常令人振奮的。 上圖顯示了預(yù)期的探測(cè)數(shù)，以及隨著aLIGO的時(shí)空體積的增加，發(fā)現(xiàn)多于N個(gè)探測(cè)數(shù)的可能性。不同觀測(cè)運(yùn)行的時(shí)空體積標(biāo)記在了圖片中，這個(gè)預(yù)測(cè)的確定性很低，因?yàn)閮H僅通過幾個(gè)觀測(cè)數(shù)目，我們不能很好地確定事件率;未來探測(cè)器的靈敏度也取決于天文臺(tái)后續(xù)升級(jí)的進(jìn)展。把所有的情況通盤考慮，我們預(yù)期可以在下一個(gè)觀測(cè)運(yùn)行中探測(cè)到3到90個(gè)顯著的雙黑洞并合事件，并且有近乎百分之百的可能性探測(cè)到至少一個(gè)事件。 >>>>Q：什么樣的能量才能夠與黑洞漩渦的力量抗衡? 陳雁北：只要你是在黑洞外面，只要有足夠的力量是可以逃脫黑洞的引力場(chǎng)的，但是如果已經(jīng)到了黑洞世界的上面，沒有任何能量可以跟黑洞抗衡。當(dāng)然大家不理解的是量子引力，那么在量子引力上可不可以呢?這個(gè)是目前還沒有解決的問題。 >>>>Q：超新星爆發(fā)也是一種劇烈的天文事件，它發(fā)出的引力波強(qiáng)度大嗎?假如銀河系內(nèi)發(fā)生超新星爆發(fā)，LIGO是否能探測(cè)到引力波? 陳雁北：超新星爆發(fā)是一個(gè)非常強(qiáng)的天文事件，它的引力波強(qiáng)度反而不是特別強(qiáng)，原因在于超新星爆發(fā)時(shí)，質(zhì)量和能量的分布基本上是球?qū)ΨQ的現(xiàn)象，引力波的產(chǎn)生需要一個(gè)不對(duì)稱的質(zhì)量的分布的變化。但是在銀河系中爆發(fā)的超新星，LIGO是應(yīng)該可以探測(cè)到的，但到底能夠探測(cè)的多好，與超新星爆發(fā)的機(jī)理有關(guān)，現(xiàn)在大家對(duì)這個(gè)機(jī)理還不是完全了解，不同的數(shù)值模擬的方法，得出的結(jié)果也不是很一致，主要是對(duì)于爆發(fā)之前星體的初始狀態(tài)不是很了解，對(duì)于其中的一些物理過程模擬的也不是特別精確，但這是一個(gè)進(jìn)步發(fā)展很快的領(lǐng)域。 胡一鳴：一般來說，銀河系內(nèi)部的超新星是很容易就能看到的。 >>>>Q：質(zhì)量變化在一個(gè)什么樣的數(shù)量級(jí)上才會(huì)出現(xiàn)引力波?這個(gè)變化過程的時(shí)間長度是否有影響? 陳雁北：引力波的振幅從物理上講跟一個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量、尺度和變化頻率有關(guān)。一般來講，質(zhì)量越大的、尺度越大的、隨時(shí)間變化越快的物體產(chǎn)生的引力波就越強(qiáng)。 >>>>Q：這一觀測(cè)項(xiàng)目涉及到全球多個(gè)國家的多個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的合作。這種合作是因?yàn)榇_有必要，還是僅機(jī)緣巧合?請(qǐng)舉例說明 陳雁北：有些合作是因?yàn)椴煌瑱C(jī)構(gòu)有明顯優(yōu)勢(shì)，比如澳大利亞的團(tuán)隊(duì)在光學(xué)壓縮態(tài)上曾經(jīng)有明顯優(yōu)勢(shì)，所以美國與澳大利亞的合作把光學(xué)壓縮態(tài)的技術(shù)轉(zhuǎn)化到LIGO實(shí)驗(yàn)中。德國漢諾威的科研組對(duì)激光器的研發(fā)處于領(lǐng)先地位，提供了Advanced LIGO的激光器。英國格拉斯哥大學(xué)對(duì)懸掛系統(tǒng)和光學(xué)器件的熱噪聲研究特別領(lǐng)先，在這方面做了特別大的貢獻(xiàn)。LIGO和VIRGO可以互相彌補(bǔ)觀測(cè)和技術(shù)升級(jí)的時(shí)間差問題。有些時(shí)候，同一個(gè)國家不同的組中是因?yàn)槿瞬诺慕患詧F(tuán)隊(duì)也越來越多，比如培養(yǎng)的研究生和博士后找到工作后又加入的新科研組又加入了合作。 胡一鳴：關(guān)于研究團(tuán)隊(duì)的數(shù)目巨大，我想補(bǔ)充一下：LIGO的建立需要全方面的努力，從材料、鍍膜、隔震、激光、真空，到超級(jí)計(jì)算機(jī)、數(shù)值相對(duì)論、快速信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分析、快速空間定位、參數(shù)估計(jì)，每一個(gè)步驟，每一個(gè)細(xì)節(jié)，都凝結(jié)著研究人員數(shù)十年的積累和心血，看著簡(jiǎn)單的幾個(gè)數(shù)字，每一步背后都是厚厚的幾十本博士論文。要實(shí)現(xiàn)LIGO對(duì)黑洞并合的探測(cè)，所需要解決的問題太多太多，自然需要很多研究團(tuán)隊(duì)的合作。 >>>>Q：引力波能不能驗(yàn)證有可以穿越維度的惰性中微子的存在? 陳雁北：惰性中微子的意思是要看引力波能不能對(duì)引力理論進(jìn)行檢驗(yàn)，從這個(gè)角度來講，如果我們把雙黑洞的引力波和廣義相對(duì)論的推論用更精確的方法來比對(duì)，就可以看到引力理論和廣義相對(duì)論的區(qū)別，從這個(gè)角度來說是可以對(duì)各種各樣的理論進(jìn)行驗(yàn)證或者證偽的。 >>>>Q：這次雙黑洞合并事件，有沒有可能找到電磁波段的對(duì)應(yīng)源? 陳雁北：找到雙黑洞事件的電磁對(duì)應(yīng)源比較難，因?yàn)樵陔p黑洞附近需要有很多氣體和磁場(chǎng)，才能夠激發(fā)出足夠可見電磁波。但是也有些科學(xué)家也覺得有可能，有文章表示，探測(cè)到一些雙黑洞事件周圍的伽馬射線暴。我認(rèn)為這個(gè)問題現(xiàn)在還沒有定論。 >>>>Q：兩個(gè)探測(cè)器探測(cè)到的引力波有7毫秒時(shí)差。那么這探測(cè)的引力波是同一引力波源的同一引力波，還是同一引力波源的不同引力波? 陳雁北：引力波的發(fā)生是從雙黑洞發(fā)出來以后，相當(dāng)于往水里扔一個(gè)石頭一樣，波在水面上有一個(gè)波前散開，在不同地方都可以觀測(cè)到這個(gè)波錢。從這個(gè)角度說，其實(shí)可以說是同一個(gè)波，只不過是同一個(gè)波的波前的不同的部分而已。 >>>>Q：此次的探測(cè)成功，兩位覺得最值得中國借鑒的經(jīng)驗(yàn)是什么呢? 陳雁北：第一是大力支持風(fēng)險(xiǎn)比較大的項(xiàng)目。第二是美國科學(xué)家的研究方向不是固定的，在科學(xué)生涯中涉足多方向，跨領(lǐng)合作，比較靈活，這是我覺得有特色的地方。 >>>>Q：請(qǐng)問引力波能持續(xù)多長時(shí)間? 陳雁北：引力波在不同的波段(也就是頻率范圍)持續(xù)的時(shí)間是不同的，它的頻率和振幅也是隨時(shí)間變化的，這次探測(cè)到0.2秒的引力波，因?yàn)槭谴嬖谠贚IGO的可測(cè)范圍內(nèi)。這一段引力波其實(shí)本身存在了很長的時(shí)間，因?yàn)樗念l率比較低，沒有進(jìn)入LIGO可測(cè)量的頻率范圍而已。從這兩個(gè)黑洞形成開始發(fā)出引力波，到他們并和，可能經(jīng)過上百萬年或者更長的時(shí)間，所以黑洞引力波的持續(xù)時(shí)間可以很長。還有一些引力波從宇宙大爆炸時(shí)就有了，這些引力波到現(xiàn)在就有140億年。 >>>>Q：宇宙中引力波多嗎?引力波間互相會(huì)產(chǎn)生沖撞和抵消的力嗎? 陳雁北：宇宙中會(huì)有各種背景和過程能產(chǎn)生引力波，我們探測(cè)精度有限，所以只能探測(cè)其中力度最強(qiáng)的。引力波之間的確會(huì)有沖撞和抵消，在物理上講就是波的疊加。 >>>>Q：怎么能夠從實(shí)驗(yàn)或者觀測(cè)上驗(yàn)證引力子是否存在呢? 陳雁北：想要觀測(cè)到引力量子效應(yīng)，可以通過宇宙背景輻射的角度來看。因?yàn)橛钪姹尘拜椛湓诶碚撋现v，是在動(dòng)態(tài)宇宙下，引力子對(duì)被動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的過程造成的，如果確定看出早期宇宙背景輻射的話，是可以推斷出引力子的存在的。但是現(xiàn)在認(rèn)為，宇宙背景輻射在LIGO覆蓋的頻段上比LIGO的靈敏度低太很多，所以可能需要用其他的方法觀測(cè)。 >>>>Q：根據(jù)這次LIGO探測(cè)結(jié)果，能夠在多大程度上排除GR以外的其他相對(duì)論引力理論? 陳雁北：對(duì)于理論對(duì)比來說，我個(gè)人認(rèn)為是有了良好的開端，但是還沒有特別深入的研究。比如，只能說引力子的質(zhì)量上限比以前低了十倍，但是很難說在多大程度上排除了其它的系統(tǒng)理論。 專家提問 主持人：最后，我們也請(qǐng) 陳雁北教授 和 胡一鳴博士 給群友和媒體朋友們各提一個(gè)問題。請(qǐng)群友回答，回答正確的群友可以獲得我們北京科技報(bào)|北科傳媒贈(zèng)送的小禮品(共5份) 陳雁北：如果把地球的質(zhì)量變成一個(gè)黑洞，這個(gè)黑洞的大小應(yīng)該有多大? A.1到10米 B.1毫米到1米 C.1微米到1毫米 答案：1毫米到1米 胡一鳴：LIGO引力波測(cè)量的精度需要達(dá)到10^-21，大概就是每米的長度上探測(cè)出10^-21米的變化來，如果這個(gè)尺子變成地球到太陽的距離，這個(gè)變化的范圍是多大? A.原子核大小 B.氫原子大小 C.頭發(fā)絲 D.豌豆 答案：氫原子大小 正確答對(duì)問題的5人微信昵稱：繪卷、ou、李年和、KEEPER-T、五十春秋，并獲得北京科技報(bào)《科技生活》周刊兩個(gè)月八期(含美國科普期刊《Popular Science》中文版兩期)贈(zèng)閱。 特別感謝:中國科學(xué)院高能物理研究所研究員，中國科學(xué)院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張雙南、西澳大學(xué)教授溫琳清和知識(shí)分子微信公眾號(hào)編輯部主任李曉明對(duì)本次交流給予的幫助。 |
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