2016 年 2 月 11 日,有新聞指,
美國鐳射干涉重力波天文台(LIGO)宣布探測到重力波,
證實 100 年前,
德國物理學家愛因斯坦發表的廣義相對論,
終於完成論證。
物理學界指：今次的結果開拓了探索宇宙的新領域,
可以觀察黑洞的合併及高質量星體的碰撞。
事源上年 2015 年 9 月 14 日,
即正好是以色列吹角節當日,
物理學界驚人地發現,
美國鐳射干涉重力波天文台的監測站,
探測到鐳射干擾,重力波分析儀器出現異常結果,
於是研究團隊尋求確認數據。
到了上星期四,即 2016 年 2 月 11 日,
他們對外界公布,
研究團隊最終證實是探測到重力波,
今次的發現,直接證實了重力波的存在。
雖然,人類肉體無法感受到重力波,
但團隊將探測到的重力波頻率轉化為聲波,
現場人士亦可以用耳朵聽見。
以下是有關探測到黑洞碰撞重力波的新聞報道。
新聞片段:
Ladies and gentlemen we have detected gravitational waves. We did it.
各位,我們已偵察到重力波了,我們辦到了。
美國雷射干涉重力波天文台的科學家口中的 Gravitational Waves(重力波), 早於 100 年前,
由著名物理學家愛因斯坦在發表廣義相對論時預言出來,
但直至周四才有科學家正式宣布,
首次發現重力波的直接證據。
Let me start with what we saw so on September 14, 2015 the two LIGO observatories in Hanford, Washington and Livingston, Louisiana recorded a signal nearly at the same time nearly simultaneously.
讓我先說出所發現的情況,
於 2015 年 9 月 14 日,
兩部分別位於華盛頓州漢福德及路易斯安那州利 文斯頓,
天文儀器,
幾乎在同一時間錄得一種訊號,
是幾乎在同一時間。
And the signal had a very specific characteristic.
而這種訊號有著特殊的特質,
A characteristic of, as time went forward the frequency went up and what was amazing about this signal is that it's exactly what you would expect.
這種特質隨著時間向前推進,
其頻率會提升,這訊號的奇妙之處,
是它正好如你所料。
What Einstein’s theory of general relativity would predict for two big massive objects like black holes in spiraling and merging together.
正如愛因斯坦廣義相對論所預告的,
兩個像黑洞的大型物體,
以螺旋式結合起來時所產生的。
根據愛因斯坦的廣義相對論,
重力被定義為由質量造成的時空扭曲。
如果將時空比喻作一塊薄膜,
把一個保齡球放上去,薄膜就會因拉扯產生曲面,
在周圍的小球,會隨曲面滾向保齡球,
這比喻可粗略地解釋重力的作用。
而重力波就是有質量的物體移動時,
在時空產生的「漣漪」。
由於重力波的波幅極微小,
過往科學界一直未能證實它的存在,
及至如今,科學家竟偵測得到發生於 13 億年前,
由兩個黑洞碰撞所產生的重力波,
有關發現不但有助進一步了解重力的作用,
更為探索宇宙開拓新方向。
以下則是研究團隊成員,
哥倫比亞大學教授 Szabolcs Marka 接受美國 CNN 新聞的訪問。
新聞片段:
The discovery of gravitational waves is I think the most important breakthrough in modern science.
重力波的發現,我認為,是現代科學中最重要的突破。
Einstein’s ‘Impossible’ Theory Proved.
愛因斯坦「不可能」的理論被證實。
David Reitze
大衛‧瑞茲
LIGO Laboratory Executive Director, Caltech LIGO
實驗室執行主任/加州理工學院
What LIGO has done it's the first time the universe has spoken to us through gravitational waves and this is remarkable up till now we have been deaf to gravitational waves, but today we are able to hear them.
雷射干涉儀重力波觀測天文台(LIGO)所做的,
就是首次讓我們藉聲音聽到重力波的存在,
這絕對 是驚人的發現,
一直以來我們都無法證實重力波的存在,
但今天我們可以聽到其聲音了。
Prof. Szabolcs Marka Szabolcs Marka 教授
Columbia University / Physics Dept. 哥倫比亞大學/物理系
So gravitational waves are the most elusive prediction of Einstein for hundred years we were seeking and we did not find them.
重力波是愛因斯坦所有預測當中最難捕捉的,
過去一百年來我們一直尋找卻一無所獲。
Explain to me how gravitational waves work and how we are able to detect them through the Advanced LIGO.
請解釋一下重力波的原理,
和先進 LIGO 偵測重力波的方法。
Advanced LIGO is essentially a microphone you know, the first cosmic astro microphone.
先進 LIGO 實際上是麥克風,
那是第一個宇宙天文麥克風。
We are listening to the universe, not seeing the universe.
讓我們聆聽宇宙,而非觀測宇宙。
So what LIGO will do, LIGO will measure the space-time distortions.
而 LIGO 所做的,就是計算時空扭曲。
so this space-time vibration propagates and changes the shape of everything on its path.
所產生的時空震頻,
會傳送並改變其路徑上所有物件的形狀。
Like even planets?
甚至是行星?
Even planets. The problem is, it's so small, so tiny that we needed to have the most exquisite technology and that is what the LIGO project developed the most exquisitely sensitive technology to sense it.
行星也是,問題是那震頻實在太小、太輕微,
所以我們需最精細的技術,
這就是 LIGO 計劃開發的 目的,
以敏感度最高的技術來捕捉它。
Does this change our understanding of our world and our universe?
這結果會改變我們對世界和宇宙的理解嗎?
Absolutely, it changes everything.
絕對會,它改變了一切。
And why is it so significant, this discovery?
為什麼這次發現是如此重要呢?
Because of the universe...is hidden from us
因為宇宙對我們是隱藏的。
The gravitational waves, we see gravitational waves coming from everywhere and it will reach us.
重力波卻是從四方八面而來,並會傳送到我們這裡。
It will reach us even through the densest medium and that is really beautiful because this is like the X-ray of modern science.
甚至會通過最高密度的媒介到我們這裡,
那是非常美麗,那是現代科學的極致。
The skies will never be the same.
天空將不再一樣。
We will be able to study not only Einstein’s general relativity, we will be able to find object we only imagined that they should exist.
我們不僅可以研究愛因斯坦的廣義相對論,
而且可以尋找到曾經只能想象存在的物件。
We should see a universe that has never been observed before.
我們將看見一個從未看見過的宇宙。
究竟,重力波是什麼?與時間又有什麼關係?
其實,重力波是廣義相對論的假設,
了解重力波前,
必須先了解廣義相對論的核心觀念,
即重力是一種時空扭曲的現象。
但是,宇宙是怎樣產生時空扭曲?
讓我們細心觀看以下影片,
簡單理解重力波與時空扭曲的關係。
YouTube 片段:
What is a gravitational wave? 什麼是重力波?
It’s a ripple in the fabric of space and time.
它是時空結構中的漣漪。
Imagine that space is a giant sheet of rubber: things that have mass cause that rubber sheet to bend, like a bowling ball on a trampoline.
The more mass, the more that space gets bent and distorted by gravity.
試想像空間是一張巨型橡膠膜,
有質量的東西導致橡膠膜彎曲,
像彈床上的保齡球,質量越重,
空 間越被重力扭曲。
For example, the reason the Earth goes around the Sun is that the Sun is very massive, causing a big distortion of the space around it.
例如,地球繞著太陽公轉的原因是,
太陽質量非常龐大,導致周圍的空間大大扭曲。
If you just try to move in a straight line around such a big distortion, you will find yourself actually moving in a circle.
如果沿著如此巨大的扭曲上直線移動,
你會發現自己其實在繞圈。
That’s how orbits work: there’s not an actual force pulling the planets around, just a bending of the space.
這就是軌道運作的方式:
沒有實際力量拉著行星運轉,
只是空間扭曲。
Gravitational waves are produced whenever masses accelerate changing the distortion of space.
重力波的產生源自物質加速,
因而改變空間的扭曲。
Everything with mass and/or energy can make gravitational waves.
所有有質量及/或有能量的物質都能產生重力波。
If you and I started to dance around each other, we would also cause ripples in the fabric of space and time but these would be extremely small, practically undetectable.
要是我倆彼此相繞跳舞,
也會造成時空結構中的漣漪,
但太微不足道了,實際上是無法偵測。
Now gravity is very weak in the scale of the other forces in the universe, so you need something really, really massive moving very, very fast, to make the big ripples that we can detect.
既然重力跟宇宙中其他力量相比非常微弱,
那得要質量非常龐大的東西,以高速移動,
才會產生能 被偵測的漣漪。
How would you observe a ripple in space?
怎樣觀測空間的漣漪?
If the space between you and me stretched or compressed, we wouldn’t notice it.
如果你我之間的空間伸長或壓縮,
我們是不會注意到的。
If we had made marks on our metaphorical rubber sheet for example, using equally spaced rocks because these marks would also get stretched further apart.
因為若只是僅憑那假想的橡膠膜上作記號,
如等間隔小石的記號,是不能夠的,
正因這些記號之間 的距離也同時被拉長了。
But there is one ruler that doesn’t get stretched, one made using the speed of light.
但有一種尺是不會被拉長的,就是光速。
If the space between two points gets stretched, then light will take longer to go from one point to the other.
如果兩點之間的空間伸長了,
光需要用更長時間從一點走到另一點。
And if the space gets squeezed, light takes less time to cross the two points.
如果空間被壓縮了,
光則用較短時間來跨越兩點。
This is where the LIGO experiment comes in.
這就是雷射干涉儀重力波觀測天文台(LIGO)的由來。
It has 4 kilometer long tunnels and uses lasers to measure the changes in the distance between the ends of the tunnels.
在 4 公里長的隧道,
用雷射來測量從隧道一方到另一方距離的變化。
When a gravitational wave comes through, it stretches space in one direction, and squeezes space in the other direction.
當重力波傳來時,它會把空間往某一方向拉長,
另一方向壓縮。
By measuring the interference of the lasers as they bounce between the different points, physicists can measure very precisely whether the space in between has stretched or compressed.
通過測量從不同點反射回來的雷射干涉,
物理學家可以非常精準地測量空間的距離,
是伸長了,還 是壓縮了。
And the precision needed is incredible.
所需要的精確度之高,令人難以置信。
To detect a gravitational wave, you need to be able to tell when something changes in length by a few parts in 10 to the 23.
要探測重力波,
你要能夠分辨某物件的長度在 10 的 23 次方中的些許變化。
It’s like being able to tell that a stick one sextillion meters has shrunk by 5mm. 好比分辨一根長 10 的 21 次方米長的桿子上,
縮短了 5 毫米的變化。
The effect of a gravitational wave is so minuscule and easily confused with random noise you need a smart data analysis technique.
重力波產生的影響極微小,
也會輕易與隨機噪音混淆,
於是需要智能數據分析技術。
Scientists hope to identify the patterns of gravitational waves by comparing the wiggles they measure in the experiment to the wiggles they expect from the gravitational waves.
科學家希望識別重力波的模式,
故要比較實驗中得出的扭動和預期的重力波扭動。
That’s like trying to identify a song being hummed at a noisy party A very, very noisy party.
這就像要在非常吵鬧的宴會上,
識別出一曲輕哼的歌,
這宴會可是非常非常吵鬧。
Imagine your whole life you had been deaf until one day your hearing was restored. You’d be able to explore the universe in this whole new way.
試想像你一輩子都是失聰的,
直到一天聽力恢復了,
你就可以用這全新方式探索宇宙。
That’s why detecting gravitational waves is so significant. It’s a completely new way of studying the universe.
這就是為何探測重力波是如此重要,
這是一種全新理解宇宙的方式。
Anytime there's a new way to investigate the universe, we discover things we didn't expect.
每次以嶄新途徑探索宇宙,
都會有意外的發現。
It's really about looking for new things we didn't know existed examining the extreme edges of our knowledge of physics and testing our theories about how the universe works.
這實在是關於尋找未知其存在的新事物,
探索物理知識的尖端,
並檢測有關宇宙運作的理論。
研究團隊成員之一,
現職香港中文大學物理系助理教授,
學者黎冠峰稱:科學家已經研究重力波 20 年,
最大困難在於地球不時出現其他震動,
難以確定探測到的波幅,
是否由黑洞合併時產生的重力波。
過往,科學家研究宇宙時,都會依賴觀察光線,
現在,重力波可以成為新的研究工具。
英國著名物理學家霍金稱:今次的發現,
同時證明了他於 1970 年對黑洞的預測,
重力波提供了一種嶄新方式,讓人認識宇宙,
這項發現可能為天文學帶來革命性變化,
並且為觀察宇宙歷史中各種黑洞,
甚至宇宙大爆炸的「遺跡」開通新道路。
另外,黎冠峰亦非常興奮地表示:
假以時日,
相信全球科技最終能夠控制時間和空間,
甚至,對科學界研究時空穿梭也有幫助,
成功是指日可待。
今次發現重力波的研究團隊,
亦可望在今年或明年奪得諾貝爾物理學獎。
無獨有偶,
正當這宗證實重力波的驚世新聞發布後三天,
即 2016 年 2 月 14 日,
錫安教會主日信息正好播放上年 2015 年 10 月 19 日,
預先錄製的「923 的共同信息第 7 篇」。
信息中,日華牧師正引述物理學家愛因斯坦對於時間及空間的認識,
並提到從科學角度,
只要物質能夠超越光速,就能夠進行時空穿梭。
實在,又一次證明整個世界的發展,
完全印證「923 的共同信息」,
並隨著這教導而轉動。
現在,愛因斯坦發表的重力場被證實,
人類進行時間旅行的可行性,更是指日可待。
Ref: 錫安日報 2012 榮耀盼望 vol. 315 (20160221)
錫安教會主日信息 ── 923 的共同信息（8）
https://www.youtube.com/watch?v=UIfWBT5POZo
沒有留言:
張貼留言