【 từ “Thấy” đến “Nghe thấy”: Dẫn lực sóng như thế nào viết lại thiên văn học? 】
LIGO bắt giữ đến đệ nhất lũ dẫn lực sóng, không chỉ có chứng thực Einstein trăm năm tiên đoán, càng giống một phen chìa khóa, mở ra quan trắc vũ trụ hoàn toàn mới đại môn.
Trước đó, nhân loại quan trắc vũ trụ sở hữu tin tức, đều đến từ sóng điện từ —— từ ánh sáng mắt thường nhìn thấy được đến sóng vô tuyến điện, X xạ tuyến, bản chất đều là “Quang” bất đồng hình thức.
Nhưng sóng điện từ có thiên nhiên cực hạn: Nó sẽ bị bụi bặm che đậy, vô pháp xuyên thấu tỉ mỉ thiên thể ( như hắc động bên trong ), cũng vô pháp phát hiện không sáng lên sự kiện ( như song hắc động xác nhập ).
Mà dẫn lực sóng là thời không bản thân chấn động, có thể xuyên thấu hết thảy vật chất, mang theo vũ trụ trung nhất kịch liệt, nhất bí ẩn sự kiện nguyên thủy tin tức.
Nó làm nhân loại lần đầu “Nghe thấy” vũ trụ thanh âm, bổ khuyết sóng điện từ quan trắc chỗ trống, khai sáng “Nhiều người mang tin tức thiên văn học” tân thời đại.
Tấu chương đem phân tích dẫn lực sóng làm “Tân cửa sổ” trung tâm giá trị: Nó có thể phát hiện này đó trước đây nhìn không thấy vũ trụ sự kiện? Như thế nào trợ giúp chúng ta giải quyết trường kỳ chưa giải vũ trụ câu đố? Lại đem vì vật lý học cùng thiên văn học mang đến này đó cách mạng tính đột phá?
◆ một, sóng điện từ quan trắc “Manh khu”: Dẫn lực sóng độc đáo ưu thế
Sóng điện từ quan trắc vũ trụ đã có mấy trăm năm lịch sử, nhưng nó “Tầm nhìn” tồn tại rất nhiều cực hạn, mà này đó cực hạn đúng là dẫn lực sóng ưu thế nơi.
● 1. Xuyên thấu tính: Xuyên qua vũ trụ “Vô chướng ngại người mang tin tức”
Sóng điện từ ở truyền bá trong quá trình, sẽ bị tinh tế bụi bặm, khí thể vân, tỉ mỉ thiên thể chờ che đậy hoặc hấp thu.
Tỷ như, hệ Ngân Hà trung tâm bị đại lượng bụi bặm bao vây, ánh sáng mắt thường nhìn thấy được vô pháp xuyên thấu, chúng ta chỉ có thể thông qua sóng vô tuyến điện hoặc X xạ tuyến gián tiếp quan trắc; mà hắc động sự kiện tầm nhìn sẽ cắn nuốt sở hữu sóng điện từ, chúng ta vĩnh viễn vô pháp “Thấy” hắc động bên trong.
Nhưng dẫn lực sóng cơ hồ không cùng bất luận cái gì vật chất hỗ trợ lẫn nhau, có thể không hề trở ngại mà xuyên qua bụi bặm, hằng tinh, tinh hệ, thậm chí hắc động bản thân.
Này ý nghĩa, dẫn lực sóng có thể cho chúng ta mang đến vũ trụ chỗ sâu nhất, nhất bí ẩn khu vực tin tức —— tỷ như vũ trụ lúc đầu bạo trướng quá trình, hắc động bên trong vật lý trạng thái, này đó đều là sóng điện từ vô pháp chạm đến “Manh khu”.
● 2. Dò xét đối tượng: Bắt giữ “Không sáng lên” vũ trụ sự kiện
Vũ trụ trung rất nhiều kịch liệt sự kiện cũng không sinh ra sóng điện từ, hoặc sinh ra sóng điện từ cực kỳ mỏng manh, vô pháp bị phát hiện.
Tỷ như, hai cái hằng tinh cấp hắc động xác nhập khi, sẽ không sinh ra bất luận cái gì ánh sáng mắt thường nhìn thấy được, X xạ tuyến hoặc sóng vô tuyến điện, là hoàn toàn “Hắc ám” sự kiện; mà sao neutron bên trong vật chất trạng thái ( như thế không vì hạt vi lượng - keo tử thể plasma ), cũng vô pháp thông qua sóng điện từ trực tiếp quan trắc.
Nhưng này đó sự kiện đều sẽ sinh ra mãnh liệt dẫn lực sóng, dẫn lực sóng trở thành dò xét chúng nó duy nhất thủ đoạn.
LIGO phát hiện GW150914 ( song hắc động xác nhập ), chính là nhân loại lần đầu quan trắc đến hoàn toàn không ỷ lại sóng điện từ vũ trụ sự kiện —— cái này làm cho chúng ta ý thức được, vũ trụ trung còn tồn tại đại lượng trước đây “Nhìn không thấy” thiên thể cùng quá trình.
● 3. Tin tức hoàn chỉnh tính: Mang theo “Nguyên thủy chưa ô nhiễm” chi tiết
Sóng điện từ ở truyền bá trong quá trình, sẽ cùng tinh tế vật chất hỗ trợ lẫn nhau, dẫn tới tin tức sai lệch hoặc mất đi.
Tỷ như, hằng tinh bùng nổ sinh ra tia gamma, ở xuyên qua tinh tế từ trường lúc ấy phát sinh độ lệch, chúng ta tiếp thu đến tín hiệu đã không phải nguyên thủy trạng thái; mà xa xôi tinh hệ quang phổ sẽ nhân vũ trụ bành trướng mà hồng di, nhưng cũng khả năng đã chịu tinh hệ bên trong vận động quấy nhiễu.
Dẫn lực sóng xuyên thấu tính ý nghĩa nó mang theo tin tức cơ hồ sẽ không bị “Ô nhiễm”, có thể hoàn chỉnh phản ánh sinh ra nó sự kiện chi tiết.
Thông qua phân tích dẫn lực sóng tần suất, biên độ sóng, tướng vị biến hóa, chúng ta có thể chính xác đo lường thiên thể chất lượng, sự quay tròn, khoảng cách, thậm chí hoàn nguyên sự kiện toàn quá trình —— tỷ như song hắc động xác nhập vòng vận tốc quay độ, va chạm góc độ, năng lượng phóng thích hiệu suất.
◆ nhị, nhiều người mang tin tức thiên văn học: 1+1>2 quan trắc cách mạng
Dẫn lực sóng ý nghĩa lớn nhất chi nhất, là thúc đẩy “Nhiều người mang tin tức thiên văn học” thành thục —— đem dẫn lực sóng cùng sóng điện từ, trung hơi tử chờ “Người mang tin tức” kết hợp, toàn phương vị hoàn nguyên vũ trụ sự kiện chân tướng.
Cái gọi là “Nhiều người mang tin tức thiên văn học”, tựa như trinh thám phá án: Chỉ dựa vào một cái manh mối ( như vân tay ) khả năng vô pháp định tội, nhưng kết hợp chứng nhân bảng tường trình, video giám sát, DNA chứng cứ, là có thể hoàn nguyên hoàn chỉnh phạm tội quá trình.
Vũ trụ sự kiện cũng là như thế: Chỉ một người mang tin tức chỉ có thể cung cấp bộ phận tin tức, nhiều người mang tin tức kết hợp mới có thể khâu ra hoàn chỉnh vật lý tranh cảnh.
● 1. Điển hình trường hợp: GW170817 song sao neutron xác nhập
2017 năm ngày 17 tháng 8, LIGO cùng Virgo liên hợp phát hiện dẫn lực sóng tín hiệu GW170817, đây là nhân loại lần đầu phát hiện song sao neutron xác nhập sinh ra dẫn lực sóng.
Gần 1.7 giây sau, nước Mỹ phí mễ tia gamma vệ tinh phát hiện đến từ cùng phương hướng Gamma bạo; theo sau mấy ngày, toàn cầu mấy chục đài kính viễn vọng ( từ ánh sáng mắt thường nhìn thấy được đến sóng vô tuyến điện ) quan trắc tới rồi nên sự kiện quang học ánh chiều tà, hồng ngoại phóng xạ cùng bắn điện tín hào.
Lần này “Dẫn lực sóng + sóng điện từ” nhiều người mang tin tức quan trắc, lấy được một loạt đột phá tính thành quả:
- xác định song sao neutron xác nhập là đoản Gamma bạo khởi nguyên ( trước đây chỉ là phỏng đoán );
- trực tiếp đo lường dẫn lực sóng truyền bá tốc độ, chứng thực này nghiêm khắc tương đương vận tốc ánh sáng ( cùng Thuyết tương đối rộng tiên đoán nhất trí );
- quan trắc đến xác nhập trong quá trình sinh ra nguyên tố nặng ( như kim, bạc ), giải thích vũ trụ trung nguyên tố nặng khởi nguyên ( trước đây cho rằng đến từ siêu tân tinh bùng nổ, hiện tại chứng thực song sao neutron xác nhập là quan trọng nơi phát ra );
- chính xác đo lường nên sự kiện khoảng cách cùng hồng di, vì tính toán Hubble hằng số ( vũ trụ bành trướng tốc độ ) cung cấp độc lập số liệu, trợ giúp giải quyết trước đây Hubble hằng số đo lường tranh luận.
GW170817 được xưng là “Nhiều người mang tin tức thiên văn học cột mốc lịch sử”, nó chứng minh rồi bất đồng người mang tin tức năng lượng liên kết sinh ra viễn siêu chỉ một quan trắc khoa học giá trị.
● 2. Tương lai tiềm lực: Trung hơi tử cùng dẫn lực sóng liên hợp quan trắc
Trừ bỏ sóng điện từ, trung hơi tử cũng là quan trọng vũ trụ người mang tin tức —— nó đồng dạng có cực cường xuyên thấu tính, có thể phát hiện siêu tân tinh bùng nổ, hắc động cắn nuốt vật chất chờ sự kiện.
Tương lai, dẫn lực sóng dò xét khí cùng trung hơi tử dò xét khí liên hợp quan trắc, đem có thể bắt giữ đến càng phức tạp vũ trụ sự kiện.
Tỷ như, đại chất lượng hằng tinh trung tâm than súc thành sao neutron hoặc hắc động khi, sẽ đồng thời sinh ra dẫn lực sóng cùng trung hơi tử; thông qua phân tích hai người tới thời gian kém, tín hiệu đặc thù, chúng ta có thể hoàn nguyên hằng tinh than súc cụ thể quá trình, hiểu biết sao neutron hình thành cơ chế.
Loại này “Dẫn lực sóng + trung hơi tử + sóng điện từ” 3d quan trắc, đem làm chúng ta đối vũ trụ sự kiện lý giải đạt tới xưa nay chưa từng có chiều sâu.
◆ tam, vũ trụ học tân công cụ: Dùng dẫn lực sóng đo lường vũ trụ
Dẫn lực sóng không chỉ có có thể dò xét đơn cái thiên thể sự kiện, còn có thể làm vũ trụ học “Tiêu xích”, trợ giúp chúng ta đo lường vũ trụ cơ bản tham số, giải quyết trường kỳ chưa giải vũ trụ câu đố.
● 1. Đo lường Hubble hằng số: Vũ trụ bành trướng “Độc lập tiêu xích”
Hubble hằng số là miêu tả vũ trụ bành trướng tốc độ trung tâm tham số, này trị số chính xác đo lường đối lý giải vũ trụ tuổi tác, ám năng lượng tính chất quan trọng nhất.
Trước đây, thiên văn học gia chủ muốn thông qua hai loại phương pháp đo lường Hubble hằng số: Một loại là lợi dụng tạo phụ biến tinh ( “Tiêu chuẩn ánh nến” ) đo lường lân cận tinh hệ khoảng cách cùng hồng di; một loại khác là thông qua vũ trụ vi ba bối cảnh phóng xạ ( CMB ) quan trắc, kết hợp vũ trụ học mô hình suy luận.
Nhưng này hai loại phương pháp được đến kết quả tồn tại nhỏ bé nhưng lộ rõ sai biệt ( “Hubble sức dãn” ), ám chỉ khả năng tồn tại chúng ta chưa lý giải vật lý quá trình ( như ám năng lượng diễn biến ).
Dẫn lực sóng vì đo lường Hubble hằng số cung cấp một loại độc lập, chính xác phương pháp: Song sao neutron xác nhập sinh ra dẫn lực sóng tín hiệu, có thể thông qua hình sóng phân tích trực tiếp đo lường sự kiện “Luminosity distance” ( cường độ ánh sáng khoảng cách ); mà này điện từ ánh chiều tà hồng di có thể đo lường vũ trụ học khoảng cách.
Thông qua hai người kết hợp, là có thể tính toán ra Hubble hằng số ——GW170817 đo lường kết quả, vì giải quyết “Hubble sức dãn” cung cấp mấu chốt manh mối, tương lai càng nhiều song sao neutron xác nhập sự kiện đem tiến thêm một bước đề cao đo lường độ chặt chẽ.
● 2. Dò xét nguyên sơ dẫn lực sóng: Vũ trụ ra đời “Đệ nhất lũ gợn sóng”
Đại nổ mạnh sau nháy mắt ( ước 10⁻³⁶ giây ), vũ trụ đã trải qua nhanh chóng bành trướng “Bạo trướng” giai đoạn, này một quá trình sẽ sinh ra “Nguyên sơ dẫn lực sóng” —— nó là vũ trụ ra đời đệ nhất lũ gợn sóng, mang theo vũ trụ lúc đầu mấu chốt tin tức.
Nguyên sơ dẫn lực sóng sẽ không bị bất luận cái gì vật chất che đậy, có thể trực tiếp phản ánh bạo trướng tốc độ, năng lượng chừng mực, thậm chí nghiệm chứng bạo trướng lý luận chính xác tính.
Trước đây, thiên văn học gia từng thông qua quan trắc vũ trụ vi ba bối cảnh phóng xạ “B hình thức phân cực” tìm kiếm nguyên sơ dẫn lực sóng, nhưng chưa tìm được vô cùng xác thực chứng cứ.
Tương lai, càng nhanh nhạy dẫn lực sóng dò xét khí ( như không gian dò xét khí LISA ) đem có thể trực tiếp phát hiện nguyên sơ dẫn lực sóng, cho chúng ta mở ra hiểu biết vũ trụ ra đời nháy mắt cửa sổ —— này có thể là nhân loại thăm dò vũ trụ khởi nguyên chung cực đột phá chi nhất.
◆ bốn, cơ sở vật lý “Chung cực phòng thí nghiệm”: Kiểm nghiệm dẫn lực cùng thời không bản chất
Dẫn lực sóng sinh ra với vũ trụ trung nhất cực đoan vật lý hoàn cảnh ( cường dẫn lực tràng, cao tốc độ, mật độ cao ), này đó hoàn cảnh ở trên địa cầu vô pháp mô phỏng, bởi vậy dẫn lực sóng trở thành kiểm nghiệm cơ sở vật lý lý luận “Thiên nhiên phòng thí nghiệm”.
● 1. Nghiệm chứng Thuyết tương đối rộng cực đoan tình huống
Thuyết tương đối rộng ở nhược dẫn lực tràng ( như địa cầu, Thái Dương hệ ) trung đã bị chính xác nghiệm chứng, nhưng ở cường dẫn lực tràng ( như hắc động phụ cận, song hắc động xác nhập ) trung hay không vẫn như cũ thành lập, là vật lý học giới trường kỳ chú ý vấn đề.
LIGO phát hiện song hắc động xác nhập tín hiệu, này hình sóng cùng Thuyết tương đối rộng tiên đoán ở 99.9% tin tưởng độ thượng ăn khớp, chứng thực Thuyết tương đối rộng ở cường dẫn lực tràng hạ vẫn như cũ hữu hiệu.
Đồng thời, dẫn lực sóng truyền bá tốc độ bị chính xác đo lường vì vận tốc ánh sáng, cùng Thuyết tương đối rộng trung “Dẫn lực truyền bá tốc độ tương đương vận tốc ánh sáng” tiên đoán nhất trí, bài trừ rất nhiều thay thế dẫn lực lý luận ( như nào đó sửa chữa dẫn lực lý luận tiên đoán dẫn lực tốc độ không phải là vận tốc ánh sáng ).
● 2. Thăm dò lượng tử dẫn lực manh mối
Thuyết tương đối rộng miêu tả chính là vĩ mô thời không dẫn lực, lượng tử cơ học miêu tả chính là vi mô hạt hành vi, hai người ở hắc động kỳ điểm, vũ trụ đại nổ mạnh chờ cực đoan cảnh tượng hạ sẽ phát sinh xung đột, mà “Lượng tử dẫn lực lý luận” là thống nhất chúng nó chung cực mục tiêu.
Nhưng lượng tử dẫn lực lý luận nghiệm chứng cực kỳ khó khăn, bởi vì nó hiệu ứng chỉ có ở Planck chừng mực ( 10⁻³⁵ mễ ) hạ mới có thể hiện ra, trên địa cầu máy gia tốc vô pháp đạt tới như vậy năng lượng.
Mà dẫn lực sóng khả năng mang theo lượng tử dẫn lực manh mối —— tỷ như, hắc động xác nhập trong quá trình, nếu lượng tử dẫn lực hiệu ứng tồn tại, khả năng sẽ dẫn tới dẫn lực sóng tín hiệu xuất hiện nhỏ bé lệch lạc ( như tần suất nhỏ bé biến hóa, hình sóng không đối xứng ).
Tương lai, càng nhanh nhạy dẫn lực sóng dò xét khí đem có thể bắt giữ đến này đó nhỏ bé lệch lạc, vì lượng tử dẫn lực lý luận cung cấp mấu chốt chứng cứ —— này có thể là nhân loại cởi bỏ thời không bản chất quan trọng một bước.
◆ năm, tương lai triển vọng: Càng nhanh nhạy dò xét khí, càng sâu xa thăm dò
Trước mặt dẫn lực sóng dò xét khí ( LIGO, Virgo, KAGRA ) chỉ có thể phát hiện hằng tinh cấp hắc động, sao neutron xác nhập sinh ra dẫn lực sóng, tương lai dò xét khí đem tiến thêm một bước mở rộng chúng ta quan trắc phạm vi.
● 1. Mặt đất dò xét khí thăng cấp: Dò xét càng nhiều chuyện kiện
LIGO đang ở tiến hành tân một vòng thăng cấp ( A+ thăng cấp ), độ nhạy đem tiến thêm một bước đề cao, có thể phát hiện vũ trụ phạm vi mở rộng mấy lần, dự tính mỗi năm có thể bắt giữ đến mấy chục thậm chí thượng trăm cái dẫn lực sóng sự kiện.
Tương lai mặt đất dò xét khí ( như Einstein kính viễn vọng ET ) đem chọn dùng hình tam giác kết cấu, chiều dài cánh tay đạt tới 10 km, độ nhạy so hiện có dò xét khí cao 10 lần, có thể phát hiện xa hơn khoảng cách, càng tiểu chất lượng thiên thể xác nhập.
● 2. Không gian dò xét khí: Bắt giữ tần suất thấp dẫn lực sóng
Mặt đất dò xét khí chịu giới hạn trong địa cầu chấn động cùng dẫn lực thang độ, vô pháp dò xét tần suất thấp dẫn lực sóng ( tần suất thấp hơn 1 héc ) —— loại này dẫn lực sóng đến từ siêu đại chất lượng hắc động xác nhập, vũ trụ lúc đầu nguyên sơ dẫn lực sóng chờ.
Châu Âu không gian cục ( ESA ) kế hoạch với 2037 năm phóng ra “Laser can thiệp không gian dây anten ( LISA )”, từ ba viên vệ tinh tạo thành tam giác đều, chiều dài cánh tay 250 vạn km, ở vũ trụ trung hình thành can thiệp nghi.
LISA đem có thể bắt giữ đến siêu đại chất lượng hắc động xác nhập ( chất lượng vì thái dương mấy trăm vạn đến mấy tỷ lần ) sinh ra tần suất thấp dẫn lực sóng, cùng với khả năng tồn tại nguyên sơ dẫn lực sóng, vì vũ trụ học cùng cơ sở vật lý nghiên cứu sáng lập tân lĩnh vực.
● 3. Mạch xung tinh tính giờ hàng ngũ: Dò xét nạp héc dẫn lực sóng
Mạch xung tinh tính giờ hàng ngũ ( PTA ) thông qua giám sát nhiều viên mạch xung tinh mạch xung chu kỳ biến hóa, gián tiếp dò xét nạp héc cấp bậc tần suất thấp dẫn lực sóng ( tần suất thấp hơn 10⁻⁶ héc ).
Loại này dẫn lực sóng khả năng đến từ vũ trụ trung lớn nhất chất lượng hắc động xác nhập ( tinh hệ trung tâm siêu đại chất lượng hắc động ), hoặc vũ trụ huyền chấn động ( một loại lý luận tiên đoán vũ trụ lúc đầu sản vật ).
Trước mắt, toàn cầu nhiều PTA hạng mục ( như Trung Quốc CPTA, nước Mỹ NANOGrav ) đã lấy được bước đầu tiến triển, tương lai khả năng lần đầu phát hiện nạp héc dẫn lực sóng, tiến thêm một bước mở rộng dẫn lực sóng thiên văn học biên giới.
【 tổng kết: Dẫn lực sóng mở ra vũ trụ thăm dò tân thời đại 】
Dẫn lực sóng làm quan trắc vũ trụ “Thứ 4 phiến cửa sổ”, này ý nghĩa viễn siêu chỉ một khoa học phát hiện.
Nó làm nhân loại đột phá sóng điện từ quan trắc cực hạn, có thể “Nghe thấy” trước đây nhìn không thấy vũ trụ sự kiện, có thể xuyên thấu bụi bặm cùng tỉ mỉ thiên thể, bắt giữ vũ trụ chỗ sâu nhất nguyên thủy tin tức.
Nó thúc đẩy nhiều người mang tin tức thiên văn học thành thục, làm chúng ta có thể toàn phương vị, nhiều góc độ hoàn nguyên vũ trụ sự kiện chân tướng, giải quyết trường kỳ chưa giải khoa học câu đố ( như nguyên tố nặng khởi nguyên, Hubble sức dãn ).
Nó vì vũ trụ học cùng cơ sở vật lý cung cấp hoàn toàn mới công cụ, làm chúng ta có thể đo lường vũ trụ bành trướng tốc độ, thăm dò vũ trụ ra đời nháy mắt, kiểm nghiệm Thuyết tương đối rộng cực đoan tình huống, thậm chí tìm kiếm lượng tử dẫn lực manh mối.
Từ Einstein lý luận tiên đoán, đến LIGO lần đầu dò xét, lại đến tương lai càng nhanh nhạy dò xét khí, dẫn lực sóng thăm dò chi lộ còn ở tiếp tục.
Này phiến tân cửa sổ sau lưng, khả năng cất giấu càng nhiều vũ trụ huyền bí —— tỷ như nguyên sơ dẫn lực sóng tung tích, lượng tử dẫn lực chân tướng, vũ trụ chung cực kết cấu.
Mà nhân loại đối dẫn lực sóng thăm dò, đúng là đối thời không bản chất, vũ trụ khởi nguyên vĩnh hằng truy vấn.
【 đặc biệt kính chào 】
◆ nhiều người mang tin tức thiên văn học tiên phong: Joseph · Taylor ( 1941- nay, mạch xung tinh quan trắc đặt cơ sở ), cơ phổ · tác ân ( 1940- nay, thúc đẩy dẫn lực sóng cùng sóng điện từ liên hợp quan trắc )
◆ mấu chốt hạng mục đoàn đội: LIGO khoa học hợp tác tổ chức, Virgo hợp tác tổ chức, Trung Quốc mạch xung tinh tính giờ hàng ngũ ( CPTA ), Châu Âu không gian cục LISA hạng mục đoàn đội
◆ trung tâm cống hiến giả: Lisa · Randall ( 1962- nay, đưa ra dẫn lực sóng cùng vũ trụ học liên hệ ), tiếu ân · Caroll ( 1966- nay, thúc đẩy dẫn lực sóng đối cơ sở vật lý kiểm nghiệm )
◆ cột mốc lịch sử sự kiện: 2017 năm GW170817 song sao neutron nhiều người mang tin tức quan trắc, 2023 năm CPTA tuyên bố nạp héc dẫn lực sóng chờ tuyển tín hiệu, LISA hạng mục hoạch phê ( 2017 năm )
◆ tương quan lĩnh vực: Vũ trụ học, Thuyết tương đối rộng, lượng tử dẫn lực, thiên thể vật lý