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【南京晨报】东大教授小学开讲引力波 “爱南京”直播千人围观
发布时间: 2017-11-02                    访问次数: 13



学生们听得津津有味。


   引力波到底是什么?它和引力有关系吗?黑洞又是什么鬼?光也无法逃逸?10月27日下午,南京晨报专家进校园系列活动正式启动,东南大学物理系教授郭昊来到晨报小记者站御道街小学,给孩子们进行了一场精彩的“引力波的奥秘”讲座,南京晨报“爱南京”APP平台全程视频直播,短短一个小时吸引1500多名用户围观。爱南京·南京晨报记者 刘颖
   苹果落地地球公转缘起时空弯曲
   今年10月16日,全球多国科学家同步宣布人类直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号,其中就包括南京紫金山天文台的科学家们。东南大学郭昊教授将以往这一向研究生讲授的内容,精心准备成小学生易懂的版本,讲座一开始就牢牢抓住了孩子们的心。
   “地球为什么会绕着太阳转?因为太阳使得它附近的时空弯曲!”郭教授抛出的这一话题一下子引起了孩子们的兴趣,他通过图片和比方,将深奥的广义相对论变得直观。“地球沿着弯曲时空中的‘直线’——椭圆行进,我们看到的地球运动轨道是椭圆,实际是四维时空螺旋线在三维空间中的投影。所谓引力的效应实际上是物质扭曲了时空而导致的结果。苹果落地、地球公转,都是时空弯曲引起的。”
   引力波是“舞台自身变化的传递”
   到底什么是引力波呢?郭昊教授说,引力波其实就是引力加波,是引力根源的波动。他用一个生动的比方让孩子们想象一下:“我们可以把时空当做舞台,物体当做舞台上的演员。其他类型的波都是演员运动状态的传递,引力波则是舞台自身变化的传递!”郭教授说,我们站在地面上,其实是将地面压弯曲的,但是程度太小,小到可以忽略不计。同样,当物质在时空中时会使时空弯曲,当空间某个区域的能量和动量密度发生变化,这种变化的传递就是引力波,所以引力波是时空本身变化在时空中的传递,所谓时空的涟漪,涟漪所到之处该区域的度规发生改变。
   黑洞合并模拟视频引全场惊叹
   引力波的发现和黑洞密不可分,2016年激光干涉引力波观测平台(LIGO)发言人在新闻发布会上正式宣布探测到LIGO的两个探测器同时观测到一个两个遥远黑洞合并引发的引力波瞬时事件。那么黑洞又是什么鬼?“你们有人看过电影《星际穿越》吗?”郭教授话音刚落,现场的孩子们就纷纷举起小手,一个孩子说:“这部电影里人类就穿越了黑洞!”打开了孩子们的思路,郭教授从恒星的一生说起,黑洞其实是恒星死亡后的尸体形式之一。“恒星死亡后会变成中子星、黑洞、白矮星,其中黑洞是比太阳质量大很多的恒星死亡后形成的。“黑洞是彻底的黑,吞噬一切,它总有一个视界,包围着一个奇点,在奇点处,时空无限扭曲,因此在黑洞附近时间会变化。”郭教授随后给大家看了一段黑洞合并产生引力波的模拟视频,只见大黑洞逐渐吞噬小黑洞,周围时空不断扭曲变形产生波动,现场的孩子们发出阵阵惊叹声!
   爱因斯坦预言的引力波被发现
   1916年爱因斯坦在广义相对论中曾预言引力波存在,2015年LIGO获得直接观测证据,整整跨越了一百年。引力波为何难以直接探测?郭教授说,引力相互作用太弱,相当于电磁力的10的负35倍。“引力波主要是长波辐射,被吸收率很低。若电磁辐射也集中于长波段的话,被吸收率也很低。由于广义相对论等效原理的限制,人们无法在某单个点观测到引力波,只能通过观测不同点之间的距离变化来观测引力波。”既然这么难,为什么我们的科学家又会探测到黑洞合并产生的引力波?郭教授打开孩子们的疑问。“因为黑洞足够强大,它的能量密度极大,附近的时空被极度扭曲。”
   【现场提问】
   一个小时的讲座结束后,御道街小学的孩子们意犹未尽,纷纷围着郭昊教授问问题,看看他们都问了什么问题吧。
   Q1:探测到引力波,会对我们的生活有什么影响吗?它会被用在什么方面?
   回答:1887年,赫兹发现电磁波之后,在发表论文的结语处写道“我不认为我发现的无线电磁波有任何实际用途”。但在12年后,电磁波用于无线通信,1899年实现了跨英吉利海峡无线信号传输实验。爱因斯坦预言引力波时认为引力波永远不可能被观测到,但100年后引力波被发现。未来我们会用引力波来编码并进行超远距离传送信息吗?现在的人类永远也无法想象技术奇点之后的时代,就像鱼缸里的鱼永远不能理解人类一样。
   Q2:暗物质和暗能量有什么区别?
   回答:无论是暗能量还是暗物质,都是“不可观测”的。探测暗物质和暗能量,它们都只有引力效应而对电磁作用没有反应,因此,引力波及相关的探测有助于我们理解暗物质和暗能量。一般来说,暗物质依然是物质,只是“看不到”,而暗能量却不是我们已知的宇宙的正常能量,这种未知力量被称为“暗能量”。
   Q3:黑洞里是什么构造?
   回答:黑洞的引力场非常强大,就连光也不能逃脱出来,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。
   Q4:探测引力波的探测器是什么样的?
   回答:2016年2月11日,激光干涉引力波观测平台(LIGO)获得探测数据。LIGO,原理是测量引力波导致的空间形变造成的两束激光间干涉图样的变化。干涉臂臂长4千米。两组独立探测器,分别位于华盛顿州和路易斯安那州,相距4000千米,1999年建成,耗资11亿美元。


2017-11-01【南京晨报】A03