科學(xué)家找尋引力波有助揭開(kāi)宇宙誕生之謎

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

　　盡管至今仍然沒(méi)有直接觀(guān)測到任何引力波，該觀(guān)測臺仍然收獲了最有意義的成果。一個(gè)國際科研小組在20日出版的新一期《自然》雜志上報告說(shuō)，他們終于鎖定了引力波的探測范圍。這一發(fā)現有助于科學(xué)家了解宇宙誕生60秒鐘后的狀態(tài)，而以往無(wú)法觀(guān)測到宇宙大爆炸38萬(wàn)年后之前的狀態(tài)。

　　宇宙大爆炸理論認為，宇宙是從一個(gè)無(wú)限小的奇點(diǎn)開(kāi)始的，迅速膨脹并且至今仍在膨脹。根據該理論，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(chēng)，“事實(shí)上，把時(shí)間本身當成從這些最初的若干瞬間延伸出來(lái)，將有助于我們理解一百億分之一秒與宇宙之后數十億年的歷史是同等重要的。”

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

　　引力波是愛(ài)因斯坦在廣義相對論中提出的，即物體加速運動(dòng)時(shí)給宇宙時(shí)空帶來(lái)的擾動(dòng)。通俗地說(shuō)，可以把它想象成水面上物體運動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水波。雖然從未證實(shí)過(guò)這種現象的存在，但科學(xué)家們比以往任何時(shí)候更致力于利用專(zhuān)門(mén)設計的裝置來(lái)尋找引力波。

　　愛(ài)因斯坦在其廣義相對論中預言了引力波的存在，科學(xué)家們相信引力波經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì )使時(shí)空發(fā)生拉伸和擠壓現象。劇烈的事件，例如超新星爆炸或兩個(gè)黑洞相撞，會(huì )產(chǎn)生最大和最可探測到的波動(dòng)。盡管天體物理學(xué)家接受了這些波動(dòng)存在的觀(guān)點(diǎn)，卻始終沒(méi)能直接探測到。LIGO也從來(lái)沒(méi)有發(fā)現任何引力波，無(wú)論這對于天體動(dòng)力學(xué)和宇宙學(xué)具有多么重要的意義。

　　新的時(shí)間破曉之窗由激光干涉引力波觀(guān)測臺(LIGO)開(kāi)啟，它是由3名觀(guān)測器組成的觀(guān)測網(wǎng)，自2005年以來(lái)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言引力波在LIGO的數據中是能觀(guān)測到的。雖然至今還沒(méi)有觀(guān)測到，“尚未發(fā)現”研究卻將有關(guān)宇宙成長(cháng)的假說(shuō)范圍縮小了。

　　出版于《自然》雜志的研究也提供證據證明引力波觀(guān)測臺將開(kāi)啟天文學(xué)的新紀元，讓科學(xué)家能夠研究此前未能發(fā)現的宇宙現象，例如超新星和黑洞。大爆炸38萬(wàn)年后以前的宇宙對于利用電磁波頻譜技術(shù)的傳統望遠鏡是難以看清的。

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

　　根據經(jīng)典理論，大爆炸之初產(chǎn)生了大量的引力波，有些直到現在還漫布在宇宙中。這種隱藏在時(shí)空深處的背景波的波長(cháng)將由年輕的宇宙結構所決定。

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

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

　　致力于這項研究的格拉斯哥大學(xué)吉姆•霍夫教授認為L(cháng)IGO將有八分之一的機會(huì )在未來(lái)的18個(gè)月內直接探測到引力波。如果失敗，就要更新設備。新設備計劃于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(xiàn)僅使空間產(chǎn)生象一根頭發(fā)那樣細微的彎曲。LIGO探測器利用L型的設備捕捉如此細微的擾動(dòng)。

　　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(cháng)的束管，另一部的束管有4公里長(cháng)。在路易斯安那州的利文斯頓也部署了一部束管4公里長(cháng)的探測器。兩個(gè)觀(guān)測臺的價(jià)值達3.65億美元，通過(guò)束管發(fā)射激光，以便于探測與引力波傳播密切相關(guān)的空間微小扭曲現象。激光束彼此之間呈直角。

　　引力波可能使一個(gè)受到壓縮而使另一個(gè)被伸長(cháng)——盡管只有原子核直徑的萬(wàn)分之一的距離，這就導致當光束集合在一起時(shí)形成微弱的閃光。至少要兩部探測器才能證實(shí)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。