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欧洲建爱因斯坦望远镜看黑洞 观宇宙诞生情景

为在探测引力波这场竞赛中拔得头筹,欧洲万有引力天文台正在建设全新的爱因斯坦望远镜,有望让科学家首次直接看到黑洞,并管窥宇宙诞生时的情景。
阿尔伯特·爱因斯坦在《广义相对论》中首次提出引力波的概念。他认为万有引力是一种跟电磁波一样的波,并将其称为引力波,其是时空曲率的扰动以行进波的形式向外传递。科学界普遍认为,难以捉摸的引力波由黑洞(引力波最强大的来源)、中子星和宇宙大爆炸等宇宙中最剧烈的事件“孵化”而成。
天文学家目前主要依靠遥远物体传来的可见光、无线电波和X射线来了解宇宙,但上述光线在太空旅行中会受到距离等多方面的限制。而引力波能覆盖更远的距离并从宇宙大爆炸时就开始发出“回声”,是一种了解宇宙的全新方式,但其信号极微弱,科学家迄今都没有直接探测到引力波,爱因斯坦望远镜有望做到这一点。
该望远镜包含两个长6英里(约10公里)的“手臂”,在每个“手臂”的终端放置着反射目标,高精度激光将沿着这两个“手臂”前进,两个手臂末端的目标各反射一束激光。当引力波同粒子(诸如那些组成望远镜反射目标的粒子)相互作用时,引力波会被粒子拉伸或收缩。计算机可根据粒子拉伸和收缩数量的差异组建出一幅图片,告诉人们引力波由什么组成并精准定位其来源。
物理学家有望借此望远镜首次直接“看”到黑洞(黑洞周围有很多恒星和宇宙碎片,科学家仅间接探测到过黑洞)并探测中子星中心所发生的事件。新望远镜也将首次揭示:在我们现在居住的宇宙诞生之前是否还存在着其他宇宙,我们是否生活在一个大爆炸和快速膨胀不断循环的过程中等问题。
该望远镜造价在5亿英镑到10亿英镑之间,将被建造在一个12英里(约20公里)长、埋入地下(主要是为了减缓地面震动造成的干扰)0.5英里(约0.8公里)的隧道网中,在规模和最终结果上能与大型强子对撞机(LHC)项目相匹敌。参与该项目的科学家将于下月在意大利比萨举行会议,为新的望远镜计划拟定出工作要点。科学家正在对有望成为该望远镜“驻地”的14个地点进行严格抗震实验,以确保地壳深处的扰动不影响测量结果。
美国国家航空航天局和欧洲航空局合作的探测器项目激光干涉空间天线也旨在探测引力波、黑洞合并等宇宙学基本问题,LISA将包含三个绕太阳公转的探测器,计划于2015年投入运行。
本质上,天文学是一门“看”的科学。由于研究对象遥不可及,天文学家只能通过“观察”遥远天体洒向地球的点滴信息,反推出它们所经历的物理过程,以此窥探我们所处宇宙的过去和未来。从这个意义上说,一个国家天文科研水平的高低,很大程度上体现在其“看”的方式和解读所“看”到“图景”的能力。虽不同于传统意义的电磁辐射,引力波同样是窥探宇宙的极佳“窗口”。透过它,不仅难得一见的黑洞有可能会揭开神秘的面纱,还可能将年龄仅几秒的幼年宇宙展示在科学家眼前。而这大概就能解释,为什么信号如此微弱的引力波能吸引科学家长久的关注,甚至为其耗费巨资上天入地。

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