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引力波带来量子引力的发展?

那么,对黑洞的直接观测是否和建造超巨大粒子加速器一样只是天方夜谭呢?客观来说的确如此,不过为了不让话题太过悲观,还是讲一些给人带来希望的观测吧。

2015年,人类第一次检测出了引力波,在证实了黑洞存在的同时,也确立了观测引力波的有效手段。

在本书编撰期间,又检测出了五六个双黑洞的双星系和引力波源。这个数字以惊人的速度递增,到本书印刷阶段应该会有更多数据。激光干涉引力波天文台在使用期间几乎每个月都能检测出一次引力波。来自黑洞的引力波如此频繁地造访地球是研究者们之前从未想到过的。

其他检测装置也在此成功的基础上进一步提升了检测敏感度,很快,新的装置又得到了学界认可。

激光干涉引力波天文台团队获得了2017年的诺贝尔物理学奖。在检测出引力波之后短短2年就获奖,对于以往极其慎重的审核委员会来说是个特例,可见引力波的发现是多么具有冲击性的成果。

同样在2017年,又检测出了来自双中子星双星系的引力波。这被推测是在两个中子星,以及绕着彼此周围旋转的双星系间,中子星发生碰撞与合并所产生的引力波。

中子星的碰撞与合并是早在几十年前就被预言过的天体现象,由此解开了伽马射线爆裂这一天体现象的谜和宇宙重元素起源之谜。

当实际发现正如预期时,困扰至今的谜团也就顺理成章地解开了。

连续得到如此漂亮的成果,意味着引力波天文学这一新学问领域的诞生。引力波含有极其丰富的信息,在21世纪将以此为基础更多地了解宇宙。

引力波能直接观测黑洞,它能捕捉到在史瓦西半径发生了什么,从而使人类第一次能够研究黑洞本体。以往的X射线或电波观测只能了解远离黑洞的物理现象。

那么,来自黑洞的引力波也有可能出现未知的量子引力效果。

原本,量子力学开端于对原子和分子等微观物体的观测性研究的发展。人类发现了微观世界已有的物理学难以解释的性质,为了解开这一谜题开始发展量子力学理论。换句话说,量子力学是为了解释观测结果而被创造出来的。

另一方面,量子引力理论几乎没有必要的观测数据。现在的量子力学在理论上的不统一导致要解决该问题必须出现新的力量。硬要说的话,由宇宙膨胀所得出的宇宙大爆炸结论以及黑洞的存在都是需要通过量子引力理论来解释的观测结果,但它们都不能进行直接观测。

而引力波让人类对黑洞的直接观测变成了可能,虽然最后得到的观测结果是否正如广义相对论的预期还不得而知,但这有可能让人发现原本不能通过实验验证的黑洞理论的漏洞。正如观察原子和分子后发现微观物体不单纯是微小的东西,它们也遵照不同的物理法则一样,现实的黑洞也许也处于不同的物理法则下,并且有可能体现量子引力理论。

即使无法制造超巨大粒子加速器,宇宙也可能给予我们量子引力理论的提示。

今后,引力波还将继续受到关注。

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