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科技环境

寻找扭曲我们的力量

爱因斯坦在他的相对论中,论述了万有引力的原理,这种万有引力,以所谓引力波的形式,以光速在空间转播。现在,他们在世界上三个不同的地点,正在进行实验,寻找引力波。其中之一在德国汉诺威的附近。本台记者走访了这个实验点,以下是采访报道。

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爱因斯坦夫妇

引力波所经之处,空间震颤。在一定意义上说,引力波扭曲空间坐标,就好像颤动的变形镜扭曲坐标一样。

假如这样的引力波从我们身边一扫而过,我们会无所察觉,因为我们自己也会被一同扭曲,或者变形了。然而,科学家们利用激光测距的手段,却可能可以验证引力波。

一条田间小道,穿过汉诺威以南20公里的莱纳山谷。小道的一边,是新割的草场,另一边,是一排排的小苹果树和小樱桃树。这里看上去,确实不像尖端物理学科施展身手的地方。

“我们现在站的地方,是汉诺威大学果树种植和苗圃研究所的野外场地......”

......但是,来访者的这种第一印象,却是带有假象的。就在离试验田几米远的地方,铺设着两根长长的测量管。在600米长的田间小道到头的地方,放着一个集装箱,与周围的景致不大协调,令人隐约感觉到,这里,确实是丹茨曼的实验室。物理学家丹茨曼,是马克斯普朗克引力物理研究所的科研人员,他同时也就职于汉诺威大学物理系。

丹茨曼介绍说:“我们在这里安装了一台大型激光干涉仪,为的是验证引力波的存在。我们把它叫做引力波探测仪,简称代号为GEO 600。”

引力波,是时空结构中极其微弱的变化。这句话,听上去非常抽象。具体来说,就是引力波所经之处,时空会在短暂时间内,压缩或者伸展。也就是说,时空的长度会发生微弱的变化。以丹茨曼为首的科研小组,就试图利用激光干涉仪那两根600米长、相互垂直的测量管,来证明这个长度变化。丹茨曼介绍说:

“二月中旬,我们将再次启动干涉仪。也就是说,激光束将在这两个大型真空管里来回跑,然后会合在集装箱里的这个中心实验室。我们可以从返回的激光束所携带的信息中推算,真空管的长度,有没有在引力波的冲击下,发生变化。”

利用这种探测仪验证引力波存在的实验工作,1975年就已经开始了,但至今还没有取得确凿的证据,因为科学家们所要测量的物理效应......

“极其微弱。我们估计,真空管长度的变化,将是微乎其微的。这也是我们之所以花费这么多年的时间,才达到今天这一步的原因所在。真空管长度的变化,将只有几个赛米。一个赛米,相当于
10的负21次方米,还不到原子核直径的千分之一。大致来说,就是假如哪里有颗恒星爆炸,我们这台干涉仪的真空管的长度变化,只有一个原子核直径的千分之一,而且只在是千分之几秒的瞬间。”

科学家们的目的,并不仅仅局限于引力波存在的验证。就是引力波本身,也隐含着许多有关其形成过程的信息。因此,从长远角度来说,丹茨曼和他的同事,将为我们观望宇宙,打开一个全新的窗口。这位物理学家介绍说:

“哪里有大量的质量,极快地进行非对称式的运动,哪里就会生成引力波。典型的例子,是恒星经过其漫长的恒星生涯之后的塌陷,或者是一个由于发出引力波而失去能量的双星系统的溶合,或者是银河系和一个正在掉进黑洞的物体所发生的碰撞。”

这几天,不仅是GEO600,又要开始引力波的搜寻工作。在一项国际项目的框架下,美国和意大利的学者,现在也准备开始行动。这些探测仪,也起着互相检验的作用。只有当所有三台仪器,同时观测到扫过地球的引力波时,才说明这一发现是可靠的。为了辨别引力波是从哪个方向上来的,科学家们至少需要三台探测仪,单凭一台,是不够的。

科学家们已经准备就绪。下一步工作,就是等待。谁知道呢,也许很快地,一颗很久以前爆炸的恒星,会把汉诺威附近的田间小道,压缩极其微小的片刻......

Shi Yan

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  • 日期 26.02.2003
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