外星人传递的信号?来自宇宙的声音?哪个才是时空涟漪真实的身份
2016年2月11号,美国科学家传递出了一条震惊世界的消息,美国“激光干涉引力波天文台”的研究人员召开了记者发布会,宣布他们发射的LIGO探测器接收到了来自宇宙的引力波信号。这条消息的出现在世界上引起了轩然大波,不少人都开始推测,这是发现外星人的预兆。
人类在探索宇宙的岁月中,从来没有检测到过引力波的存在,而美国所接收到的引力波可以说是人类历史的第一次,那么引力波究竟跟外星人有关系吗?
关于外星人是否存在这个话题,向来就是众说纷纭,有人认为压根就没有外星人的存在,有的人则是认为宇宙这么大,又存在了140亿年,怎么可能只有人类一种文明存在。
不少科学家则是认为,到现在都没有发现外星人并不是因为外星人不存在,而是因为我们的技术不够先进,目前人类的通讯主要以无线电波跟可见光信号,而外星文明则是不一定会用这种通讯方式。
英国的天文学家马丁·里斯就曾提出,外星文明极有可能使用的通讯方式是中微子或者引力波,甚至有可能使用的是目前人类无法理解的通讯方式,与其说我们没有发现外星人是因为外星文明不存在,倒不如说我们的技术不够先进,就像黑猩猩理解不了人类的科技一样。
久而久之,引力波就成为了最有可能搭载外星文明通讯的载体。
但引力波究竟是什么,为什么被叫作“时空的涟漪”?
解释这个问题之前,让我们先来了解什么是引力。17世纪时,英国人牛顿因为在树下被苹果砸到了头,因为苹果下落的过程激发了他的灵感,意识到宇宙中存在着“引力”,从而提出了“万有引力定律”。
因为物体本身存在质量,所以彼此之间会相互吸引,就像那些围绕太阳运作的行星,牛顿的万有引力定律成功解释了这方面的未知,也因为万有引力定律的提出,让人们发现了海王星。
把石头丢到水中时,水面会泛起涟漪,向岸边传播,我们能够明显地感觉到水面的波动,这种波动被叫做水波。当说话的时候,声带引发空气振动进行传播,这种波被称为声波,而引力波则是时空的波动。
根据爱因斯坦所提出的概念,宇宙中的所有天体都是存在一个时空中,因为质量的不同,会导致变形不同,在变形过程中会产生振动,当振动时是在时空中进行传播,这种波就被叫作引力波。很多人会把水波被称为水的涟漪,所以也会有人把引力波叫成时空的涟漪。
引力波最早是由爱因斯坦在一百年前所预言的,但是由于引力波所携带的能量很小,强度弱,物质对引力波的吸收又低,所以很难被检测到,一直以来不少人都认为引力波是爱因斯坦的错误预言,这也是广义相对论中最后一项,也是唯一一项没验证过的预言。
1936年,爱因斯坦因为提出狭义相对论,在科学界赢得了极高的地位,不久后,他写了一篇名为《引力波存在吗?》的文章,最后的结论却是引力波不存在!
半年后,爱因斯坦的这篇文章投稿到美国科学杂志《物理评论》时,被编辑泰特所拒稿,当时的爱因斯坦并没有仔细看拒稿原因,而是将文章原封不动的投给了《富兰克林学会会刊》,这一次比较幸运的是,加州理工学院的罗伯森通过爱因斯坦的助手告知,这篇文章存在错误,并指出来错误所在。爱因斯坦与他们几人商讨后,才发现自己的错误所在,把最后的结果修改为:引力波存在!
直到2016年所宣布的消息,这才将爱因斯坦广义相对论中没有实现的预言的空缺所填补。
自然界中存在很多波,比如声波,光波,水波等等,这些都是大家耳熟能详的,不少波动都能被肉眼看到,但是引力波不同,无法被感知,引力波传递的速度跟光波相同,每秒30万公里,只有使用专门的仪器才能探测。比如美国科学家所探测到的引力波,就是由两个黑洞合并产生的。
引力波与其他波相比,最大的不同就是,在传播过程中,其他波会衰减,但是引力波跟其他物体之间的作用力几乎没有,因此衰减也非常微弱,能够把信息传递到遥远的地方。
因此人类则可以通过探测引力波,并进行分析,从而探寻宇宙的秘密。
看到这里,很多人会提出这样一个疑问,既然人类早就知道什么是引力波,为什么这么多年才探测到第一个引力波,是因为技术不够吗?其实不然,是因为引力波极难探测到。
如果把时空比作是湖面,那么天体就可以看作是“船”,当“船”越大时,产生的引力波也就越大,像常见的太阳这种天体所产生的引力波,目前的人类的技术还无法捕捉,只有两个黑洞合并或者是两个中子星合并产生后的“滔天巨浪”,这种很大级别的引力波才会能被人类探测到。
这时还有不少人感到好奇,既然引力波看不到,摸不到,那怎样才能捕捉到呢?
引力波相当于是时空的波动,时空波动后,会产生自身距离的变化,当这细微的变化出现后,那么就能被人类捕捉到,简单来说,就是通过测量引力波的距离所发现它的存在。
LIGO探测到的引力波距离只有10的负18次方米,只有原子核的十分之一,这么细微的变化必须要用到专业的“尺子”,也就是“迈克逊激光干涉仪”,通过使用激光来测量距离变化。
美国LIGO从开始探测引力波到成功,花费了近40年时间,宇宙并不是风平浪静,存在着各种各样的波动,在探测过程中最主要的就是将这些影响因素排除,只探测引力波信号。
可花费这么大的精力去探测引力波,对人类真的有意义吗?答案是肯定的,有!并且意义十分重大。
宇宙中存在着很多人类未知的东西,引力波出现之前,人类无法知道那些未知的天体存在何处,最多是理论知道它们的存在,但是究竟在何处,长什么样子都是未知的。
在引力波出现之前,人类的探测宇宙的主要手段就是电磁波,但是在黑暗,没有光的地方,电磁波并不能探测,无法知道发生了什么。
引力波的出现,能够让人类听得更远,了解到宇宙深处未知的东西,即使是没有光,也能通过了解引力波,得知发生了什么,就像两个黑洞的合并,只有引力波才能把消息传递给人类。
最重要的是,我们不能满足于当下,要考虑到未来,即使是眼前的地球很好,可以不去关心引力波,也不用关心宇宙,但是到了我们的后代,他们生活的环境发生变化,那么只能像电影中那样,移民到外星球,这种时候就需要了解宇宙。
人类文明可能几千年后就消失不见,也可能会一直存在,为了延续人类的文明,探测引力波,彻底了解宇宙的秘密,这就是一件有意义的事。
随着引力波越来越多地出现在人类视野中,我国科学家也不甘落后,开始加入到引力波探测的队伍中。
2015年,中山大学启动天琴计划,预计用20年时间建设出天琴空间引力波天文台,一年后,中国科学院正式公布空间探测引力波计划,将其命名为“太极”。
“太极”计划是由三颗卫星组成的引力波探测星组,间距高达300万千米,它们将在太空轨道中探测引力波。
除了太空中的探测器,我国已经成功建设地面探测器,两种探测器主要是为了探测到不同频段的引力波。
目前我国对引力波的探测起步较晚,但是发展极快,除了上述的两种空间探测计划外,我国的天眼望远镜也加入到了探测行列,并以天眼望远镜为核心搭配小望远镜组成了脉冲星测时阵。
另外由高能物理所主导的“阿里计划”也正式启动,该项目建在西藏的阿里“地区”,主要负责检测宇宙早期的引力波,比如宇宙大爆炸时期产生的短引力波。
我们国家还有地上引力波探测,名为“ZAIGA”,是建设在山洞中,使用的是原子干涉探测引力波。
科学最神秘,最可敬的地方就在于,有无数未知的地方等待我们的探测,也是因为无数先人的付出,我们才有了今天,了解到了很多与我们生活无关,但是神秘的存在。随着科学的不断发展,我们会对宇宙了解更多,对人类也会认知得更详细。
如果外星人真的存在,那么引力波是他们向我们传递信息最好的途径,或许有一天,人类就通过引力波发现了外星文明。
参考资料:
[1]闫亚飞.引力波探测领域研究态势及热点分析[J/OL].世界科技研究与发展:1-12[2022-02-25]
.DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.12.002.
[2]孙扬.《现代广义相对论——黑洞、引力波和宇宙学》带你窥探“时空涟漪”[J].科学通报,2019,64(17):1763-1764.
[3]傅煜铭.时空的涟漪——引力波[J].百科探秘(航空航天),2018(04):4-11.
[4]刘嘉懿.趣谈时空的涟漪[J].中学生数理化(学习研究),2017(12):52.
作者:初七 初审:许墨元 校稿编辑:小宛
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