考古學家的夢想是記錄下李白吟誦的聲音,古生物學家的夢想是記錄下恐龍吼叫的聲音,他們的夢都太難了,只有天文學家是幸運的,他們“聽”到了億萬年前,超大星體乃至早期宇宙活動的“聲音”——納赫茲引力波。
引力波是空間本身的波動。我們的世界有兩部分,一部分是物質,一部分是物質所在的空間(包含時間,物理學家也叫它“時空”)。
空間看似是很穩定的,你拿出尺子,不論身在北京或者紐約,無論往左右,還是前后、上下看去,一米就是那么長,沒有變化。
但相對論告訴我們,空間會發生“彎曲”。不但如此,愛因斯坦和數學家龐加萊還預言了,很多時候,空間的彎曲可以像波紋一樣彌散開去:整個宇宙空間就像湖水,星體(的某些)運動則讓湖水上蕩漾開各式的波紋——引力波。
科學家記錄下引力波的圖形,把這個波形看做聲波播放出來,就“聽”到了宇宙的聲音。這可能是數億年乃至百億年前的,人類能想象的最古老的聲音。
引力波有不同的頻率。低頻引力波一般來自超大質量黑洞的繞轉旋進,甚至可能來自混沌早期宇宙,是人們探索超大質量黑洞的奧秘,乃至研究早期宇宙活動的很珍貴的窗口。
探測空間的波動是一件很艱難的事情,因為這個波動太微弱了。愛因斯坦一百年前預言的引力波,直到2015年才被人類確切地探測到。
最初的方法,是用激光裝置擺出一個“陣”,其作用是一把測量空間長度的“尺子”。如果這個尺子突然變長或者縮短了,就說明有空間彎曲的波紋掠過,也就探測到了引力波。
不同大小的尺子,可以找到不同波長的引力波。尺子越大,找到的引力波的波長就越長,其頻率也就越低,越有可能給出超大質量黑洞繞轉旋進的信息,以及早期宇宙遺落的線索。
人類第一把探測引力波的尺子有幾公里的長度,它找到了幾十到幾百赫茲的空間波動。
在地面上很難做的更大了,于是科學家在太空造尺。包括我國的“天琴計劃”在內,多個課題組依靠衛星,在空曠的地外空間組建巨大的激光尺子,測量更大尺度的空間波動。他們找到了頻率為幾赫茲的引力波。
這已經很了不起了,但人類的探索沒有盡頭,幾百赫茲不夠,幾赫茲不夠,要納赫茲(十億分之一赫茲)。
怎么把尺子做到更大?要尋找納赫茲頻率的引力波,除非把整個宇宙作為實驗室,用星系間距那么長的尺子來探測?——這可能嗎?
不但可能,已經做到了。
科學家直接用宇宙中的脈沖星當做自己的實驗設備,做出了宇宙級的無比巨大的“尺子”。
脈沖星是一種特殊的天體,它一直發射高能射線,同時也在穩定而高速地旋轉,就像一個人拿著高亮度手電筒,在黑暗的宇宙中一下一下不停轉圈,如果他的手電筒可以掃過地球,人類就會觀測到一下一下的“手電筒”信號,其時間間隔非常穩定。
那么,如果這個穩定的“手電筒”信號,突然縮短或者延遲了,說明什么呢——很可能,是這中間傳播的空間發生了扭曲,換句話說,可能有引力波掃過這個區域。如果同時觀測多個脈沖星,引力波掃過的信號就會更明顯,也更確切。
科學家把至今掌握的很多脈沖星看做一個“陣列”,通過觀察這個陣列中哪些脈沖星信號,在何時出現怎樣的變動,反推引力波的信息。這個布置在宇宙中的陣列,更學術地叫做脈沖星計時陣列(PTA)。中國團隊與而中國的相關項目,就是標題中的CPTA。
最近,中國用位于貴州大山中的巨大射電望遠鏡(“中國天眼”FAST),觀測57顆毫秒周期的脈沖星陣列,在很高的精度下(約為五十萬分之一誤報率),得到了納赫茲級別的引力波存在證據。
這樣低頻的引力波,其波長有好幾光年,頻率有數年之久,對空間的扭曲大小卻微乎其微,而中國的團隊做到了杰出的精度,這是我們的科學家用宇宙級尺度的實驗設備,長久地細細打磨出的成果。
初探納赫茲引力波,還不能說我們捕捉到的信號對應著某一個天文事件,它更像是整個宇宙在納赫茲頻率下蕩漾的背景;就像湖水在風波、魚紋、雨點之外,其整體還在緩緩波蕩沉浮。這些信號,是數十數百億年的時間里,那些雄踞一方的超大質量黑洞乃至宇宙本身,在浩瀚的空間描繪了巨大的、淺淺的花紋;就像中國的詩人曾經寫下:
“當筆畫出地平線
你被東方之鑼驚醒
回聲中綻放的是
時間的玫瑰”。
上一篇:打工蟻喝了咖啡更專注!但這只是殺死螞蟻的第一步|自然小喇叭
下一篇:返回列表
【免責聲明】本文轉載自網絡,與科技網無關。科技網站對文中陳述、觀點判斷保持中立,不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考,并請自行承擔全部責任。