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東海大學應用物理學系暨研究所-最新消息-一般公告-重力波的發現

重力波的發現

  • 單位 : 物理系
  • 分類 : 一般公告
  • 點閱 : 153
  • 日期 : 2017-10-26
                                                               重力波的發現                                  編撰:東海大學應用物理系

 

  自然界目前已知的四種基本作用力,電磁力、弱作用力、強作用力、重力,其中以重力最為微弱。
牛頓早在1687年提出了萬有引力定律後,物理學家明白了蘋果落下和月球繞地球轉,是同一種物理定律在支配。

 









       (牛頓和他的蘋果)


  到了1915年,愛因斯坦進一步用更精準的廣義相對論來描述重力,重力不只是兩物體或兩星球間的吸引力,還和時空的扭曲有相當程度的關係,廣義相對論中所預測的水星進動、重力紅位移、黑洞、重力透鏡等現象,先後獲得證實。其實,1916年愛因斯坦還提出了重力波的概念,認為質量很大的物體在加速運動時會造成周圍的時空扭曲,這種扭曲變化會以波的形式用光速向外傳遞,很類似古典電磁理論中,帶電的粒子加速運動會產生電磁波向外輻射,只是礙於重力波極度微弱,遲遲無法觀測獲得。


 

   







重力波可由白矮星、中子星、黑洞所形的雙星,或是超新星爆炸、大爆炸後產生的波源來觀測。生成後的重力波很難被星際間或星系間的介質吸收、散射或色散,能夠穿透電磁波所無法穿透的空間。1974Russel HulseJoe Taylor觀測發現中子星的脈衝雙星,發現它們互繞轉動時,會不斷發射重力波而失去能量,而逐漸靠近,這是首次獲得重力波存在的間接證據。

 












 2015
9月,美國簡稱LIGO的雷射重力波天文台,首次觀測到由13億光年外的兩個黑洞合併,所產生的重力波,這是人類有史以來第一次證實重力波的存在。目前世界上主要的重力波干涉儀還有:法國與義大利的VIRGO德國與英國的GEO600,澳洲的AIGO,日本的KAGRA2017年諾貝爾獎就是頒給Rainer WeissKip ThornBarry Barish 3,表彰他們設計建造LIGO及偵測的成就















  在這一波這熱潮中
,全球上千位科學家中,台灣研究團隊,清大電機光電所師生,負責研發LIGO高靈敏度的雷射反射鏡鍍膜降低熱擾動雜訊提高重力波觀測儀的靈敏度使得能更快更準確地捕捉到重力波的聲音〞。  
201710月天文學家又看到了中子星相撞產生的重力波,不同於黑洞合併引發的重力波,中子星具有高度的活力,除了產生重力波外,還會引發宇宙最高能量的電磁波源,產生「快中子捕獲」形成比鐵更重的元素,如黃金、鈾、鉑等元素。而這一切只是新時代的開端,二十一世紀的天文學,已正式進入多信息(multi-Messenger)時代,研究宇宙星系和重力波源周遭的環境特性,可結合電磁波、重力波、微中子等諸多資訊交叉比對,可以肯定的是天文學將進到前所未見的疆域。

  中子星對撞模擬圖 (LIGO)