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爱因斯坦再创神奇 "原初引力波"发现具4大意义

http://www.kexue.com 2014-03-19 10:25:18 新华网  发表评论


爱因斯坦的狭义相对论预言了宇宙大爆炸理论

  美国物理学家17日宣布首次观测到宇宙原初引力波存在的证据。这一发现如获证实,将是物理学界里程碑式的重大成果。

  首先,这一发现填补了广义相对论实验验证的最后一块缺失的拼图。

  爱因斯坦1916年发表的广义相对论预言了宇宙诞生之初产生的一种时空波动——原初引力波——的存在。过去近百年中,广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星的近日点进动以及引力红移效应都已获证实,唯有原初引力波因信号极其微弱,技术上很难测量,而一直徘徊在天文学家“视线”之外。剑桥大学博士、加拿大不列颠哥伦比亚大学的“CITA国家研究员”马寅哲认为,原初引力波的发现是支持广义相对论的又一有力证据,相对论所预言的所有实验现象全部被验证,实验与理论符合得都很好。

  其次,这一发现打开了观测宇宙的一扇新窗户。

  在天文学几百年来的发展过程中,人们观测宇宙的主要手段是观测光,也就是说几乎所有天文实验都是在收集光子。而根据标准宇宙大爆炸理论,大爆炸之后约40万年,光子、电子及其他粒子混在一起,宇宙处于晦暗的迷雾状态,光无法穿透。而引力波则不同,它诞生在宇宙大爆炸之初并以光速传播。从事引力波研究多年的美国亚利桑那州立大学理论物理学家劳伦斯·克劳斯认为,引力波被测量到,意味着人们可以通过引力波而一直追溯到大爆炸之后仅仅10的负35方秒的极早时期,同时引力波也可以作为另一种观测宇宙的手段。引力波天文学这门新学科的大门也由此打开。

  第三,这一发现有助于真正理解宇宙大爆炸原初时刻的物理过程。

  根据上世纪80年代逐渐发展起来的暴涨理论,140亿年前,在大爆炸之后不到10的负35方秒的时间里,宇宙以指数速度急剧膨胀,即所谓“暴涨过程”。原初引力波忠实记录了暴涨时期的物理过程。马寅哲告诉记者,现在关于大爆炸原初时刻的理论模型有数百个,但“到底哪个对,还是都不对,在今天之前是不清楚的。但如果(美国科学家的)结果是真的,那么很多理论模型会被排除”。

  第四,这一发现意味着对宇宙微波背景辐射的测量将会进入下一个重要里程碑。

  宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸的“余烬”,是一种弥漫在整个宇宙空间中的微弱电磁波信号。过去几十年中,人们测量微波背景辐射,其实主要测量的是温度场的信息,却一直没有测量到引力波的独特印记——B模式偏振。目前,全球多个小组在探测引力波,新发现无疑将极大鼓舞他们的士气,并促进有关国家进一步加大科研经费和人力资源投入。

  马寅哲表示:“此项工作若获证实,当之无愧是诺贝尔奖级的工作。而且在此之后,关于引力波的诺贝尔奖可能还会再出现。宇宙‘暴涨’理论的提出者也可能获奖。”克劳斯也对新华社记者说,新研究还需要进一步验证,但如果获得证实,它“可以跻身过去25年最重要的宇宙学发现之列”并可能获得诺贝尔奖。

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