科學(xué)家找尋引力波有助揭開宇宙誕生之謎

　　據(jù)英國《泰晤士報》報道，科學(xué)家回溯宇宙誕生之初的時間又向后推進。借助設(shè)在美國的激光干涉引力波觀測臺，科學(xué)家們一直在時空中搜尋引力波的扭動。

　　盡管至今仍然沒有直接觀測到任何引力波，該觀測臺仍然收獲了最有意義的成果。一個國際科研小組在20日出版的新一期《自然》雜志上報告說，他們終于鎖定了引力波的探測范圍。這一發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家了解宇宙誕生60秒鐘后的狀態(tài)，而以往無法觀測到宇宙大爆炸38萬年后之前的狀態(tài)。

　　宇宙大爆炸理論認(rèn)為，宇宙是從一個無限小的奇點開始的，迅速膨脹并且至今仍在膨脹。根據(jù)該理論，大爆炸之后瞬間所發(fā)生的，對于我們探究宇宙誕生之謎至關(guān)重要。因此有科學(xué)家稱，“事實上，把時間本身當(dāng)成從這些最初的若干瞬間延伸出來，將有助于我們理解一百億分之一秒與宇宙之后數(shù)十億年的歷史是同等重要的。”

　　不過由于宇宙的遼闊亙古，科學(xué)家很難將觀測延伸至久遠(yuǎn)的宇宙誕生之初，不過引力波有宇宙初生時的“啼哭”之稱，它自宇宙誕生后便一直四散傳播，對其進行觀測，對更好地理解宇宙誕生和時空本質(zhì)至為關(guān)鍵。

　　引力波是愛因斯坦在廣義相對論中提出的，即物體加速運動時給宇宙時空帶來的擾動。通俗地說，可以把它想象成水面上物體運動時產(chǎn)生的水波。雖然從未證實過這種現(xiàn)象的存在，但科學(xué)家們比以往任何時候更致力于利用專門設(shè)計的裝置來尋找引力波。

　　愛因斯坦在其廣義相對論中預(yù)言了引力波的存在，科學(xué)家們相信引力波經(jīng)過時會使時空發(fā)生拉伸和擠壓現(xiàn)象。劇烈的事件，例如超新星爆炸或兩個黑洞相撞，會產(chǎn)生最大和最可探測到的波動。盡管天體物理學(xué)家接受了這些波動存在的觀點，卻始終沒能直接探測到。LIGO也從來沒有發(fā)現(xiàn)任何引力波，無論這對于天體動力學(xué)和宇宙學(xué)具有多么重要的意義。

　　新的時間破曉之窗由激光干涉引力波觀測臺(LIGO)開啟，它是由3名觀測器組成的觀測網(wǎng)，自2005年以來一直在尋找引力波的存在。特定的宇宙誕生之初的理論模型預(yù)言引力波在LIGO的數(shù)據(jù)中是能觀測到的。雖然至今還沒有觀測到，“尚未發(fā)現(xiàn)”研究卻將有關(guān)宇宙成長的假說范圍縮小了。

　　出版于《自然》雜志的研究也提供證據(jù)證明引力波觀測臺將開啟天文學(xué)的新紀(jì)元，讓科學(xué)家能夠研究此前未能發(fā)現(xiàn)的宇宙現(xiàn)象，例如超新星和黑洞。大爆炸38萬年后以前的宇宙對于利用電磁波頻譜技術(shù)的傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡是難以看清的。

　　佛羅里達(dá)大學(xué)的大衛(wèi)•雷茨教授是LIGO科學(xué)促進會的發(fā)言人，他說：“引力波是直接探測宇宙誕生之初狀況的唯一途徑，從這個角度說它絕對是獨一無二的。我們無法從宇宙的其他任何模型中獲得這種信息。”

　　根據(jù)經(jīng)典理論，大爆炸之初產(chǎn)生了大量的引力波，有些直到現(xiàn)在還漫布在宇宙中。這種隱藏在時空深處的背景波的波長將由年輕的宇宙結(jié)構(gòu)所決定。

　　LIGO觀測臺在其能夠研究的特定頻率范圍內(nèi)探測引力波訊號的失敗結(jié)果證明這種背景波可能具有最大的波長。這樣的結(jié)果排除幾種關(guān)于早期宇宙的假說，這些假說預(yù)言引力波有更強的背景波。

　　這些發(fā)現(xiàn)有助于解釋宇宙為什么和怎樣獲得“粗笨的”結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中物質(zhì)被聚集到擁有巨大區(qū)域的星系中，中間存在著真空的空間。與這些發(fā)現(xiàn)看起來最相關(guān)聯(lián)的想法是這種粗笨結(jié)構(gòu)在宇宙還很微小的時候由其溫度的隨機波動中演化而來。隨著宇宙的膨脹，這種波動也變大了。

　　致力于這項研究的格拉斯哥大學(xué)吉姆•霍夫教授認(rèn)為LIGO將有八分之一的機會在未來的18個月內(nèi)直接探測到引力波。如果失敗，就要更新設(shè)備。新設(shè)備計劃于2014年就緒，幾乎肯定能夠捕捉到引力波訊號。

　　引力波難于探測是因為波痕極小。例如在地球和半人馬座(距離4.3光年)之間的引力波線僅使空間產(chǎn)生象一根頭發(fā)那樣細(xì)微的彎曲。LIGO探測器利用L型的設(shè)備捕捉如此細(xì)微的擾動。

　　漢福德是美國華盛頓州南部重要的原子能研究中心，那里部署了兩部探測器，一部有2公里長的束管，另一部的束管有4公里長。在路易斯安那州的利文斯頓也部署了一部束管4公里長的探測器。兩個觀測臺的價值達(dá)3.65億美元，通過束管發(fā)射激光，以便于探測與引力波傳播密切相關(guān)的空間微小扭曲現(xiàn)象。激光束彼此之間呈直角。

　　引力波可能使一個受到壓縮而使另一個被伸長——盡管只有原子核直徑的萬分之一的距離，這就導(dǎo)致當(dāng)光束集合在一起時形成微弱的閃光。至少要兩部探測器才能證實引力波的存在。歐洲也有兩部探測器——意大利的處女座探測器和德國的GEO600探測器。