當(dāng)LIGO宣布了引力波被探測(cè)到這一歷史性消息后,英國(guó)物理學(xué)家及黑洞理論學(xué)家斯蒂文·霍金迅速對(duì)以美國(guó)科學(xué)家為首的科學(xué)聯(lián)合組織表示了祝賀,并分享了他對(duì)這一歷史性消息的激動(dòng)之情。
“這些結(jié)果證明了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論里幾項(xiàng)非常重要的預(yù)言,”霍金在BBC的訪談中說(shuō)道。“直接證明了引力波的存在。”
我們發(fā)現(xiàn)了引力波,然后呢?
直接探測(cè)到引力波不僅證明了愛(ài)因斯坦著名的廣義相對(duì)論,還讓之前“漆黑”的宇宙第一次向人類敞開(kāi)了大門。天文學(xué)上利用電磁頻譜(例如可見(jiàn)光、X射線、紅外線等)來(lái)研究宇宙,但電磁頻譜中不發(fā)光的星體會(huì)被忽略。然而現(xiàn)在我們知道了如何探測(cè)引力波,我們探測(cè)和研究某些最高能宇宙現(xiàn)象的范式也可能就此改變。
“引力波為我們觀察宇宙提供了一條嶄新的路徑,”霍金說(shuō)道。“觀測(cè)到引力波就意味著有可能帶來(lái)天文學(xué)上的革命。”
通過(guò)LIGO在路易斯安那州和華盛頓的兩處觀測(cè)站點(diǎn),物理學(xué)家們不僅探測(cè)到了引力波;該引力波包含了一個(gè)非常清晰的信號(hào),與13億光年外黑洞并合體的理論模型十分匹配。經(jīng)過(guò)對(duì)黑洞并合后發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行初始分析,霍金發(fā)現(xiàn)這一體系與他在70年代提出的理論似乎是吻合的。
霍金試圖找到黑洞的“緊急出口”
“這一發(fā)現(xiàn)是人類首次探測(cè)到黑洞雙星系統(tǒng)并首次觀測(cè)到黑洞并合,”他說(shuō)。“觀測(cè)到的這一系統(tǒng)的種種特性都符合1970年我在劍橋大學(xué)做出的關(guān)于黑洞的預(yù)言。”
霍金最為人所知的成就或許就是將量子理論與黑洞物理學(xué)相融合,認(rèn)識(shí)到黑洞會(huì)隨時(shí)間蒸發(fā),將他與理論物理界中大名鼎鼎的“火墻悖論”聯(lián)系在一起。不過(guò)這里,霍金指的是他的黑洞面積定理,即鑄就黑洞力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)。在這一定律中,黑洞的面積不會(huì)隨時(shí)間減小。從這一定理可以推出,如果兩個(gè)黑洞并合,并合后黑洞的視界線面積“大于兩個(gè)初始黑洞的面積之和”。霍金也指出,這一引力波信號(hào)也吻合黑洞“無(wú)毛定理”,即黑洞可以只用自轉(zhuǎn)、質(zhì)量及電荷這三個(gè)參數(shù)來(lái)描述。
要解釋這第一個(gè)引力波信號(hào)為何與理論相符是個(gè)復(fù)雜的大工程。我們只需要知道,引力波的發(fā)現(xiàn)證明了數(shù)十年來(lái)毫無(wú)觀測(cè)證據(jù)的理論,這就足夠了。
我們剛剛聽(tīng)到了黑洞重生之際時(shí)空的“鳴音”
“這次的發(fā)現(xiàn)也為天文物理學(xué)家獻(xiàn)上了一道謎題,”霍金說(shuō)。“這兩個(gè)黑洞中,每一個(gè)的質(zhì)量都大于恒星引力坍縮形成的黑洞——那么這兩個(gè)黑洞是如何具有如此大質(zhì)量的?”
這個(gè)問(wèn)題觸及了圍繞黑洞演化相關(guān)的最大的謎團(tuán)之一。目前,天文學(xué)家仍無(wú)法解釋黑洞的巨大質(zhì)量從何而來(lái)。一方面,存在著大質(zhì)量恒星演化為超新星后即刻形成的恒星型黑洞;另一方面,我們也有充分證據(jù)表明超大質(zhì)量黑洞蟄伏在絕大部分星系中心。然而這二者之間卻并無(wú)關(guān)聯(lián)。
如果黑洞是通過(guò)并合與消耗恒星物質(zhì)來(lái)生長(zhǎng)的,就應(yīng)該有各種規(guī)模的黑洞存在。然而中等質(zhì)量的黑洞和數(shù)十倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞卻極為罕見(jiàn),使得很多黑洞演化理論遭到質(zhì)疑。
我們已經(jīng)確認(rèn),此次探測(cè)到的引力波是由雙黑洞并合引發(fā)的。兩個(gè)分別是29倍和36倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞碰撞并合為一,產(chǎn)生出一個(gè)非常清晰的引力波信號(hào)。盡管如此,正如霍金指出,這一質(zhì)量的黑洞是如何形成的可以為黑洞的生長(zhǎng)方式提供一些線索。
不過(guò)有一件事是毫無(wú)疑問(wèn)的:這是我們有史以來(lái)第一次獲得黑洞并合的直接證據(jù),這也是構(gòu)成黑洞演化理論的關(guān)鍵機(jī)制。這證明我們是在正確的道路上前進(jìn)著。
文章來(lái)源:space.com
文章作者:Ian O’Neill
編譯:未來(lái)論壇?商白
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