北京時間10月3日 17點50分,瑞典當(dāng)?shù)貢r間11點50分,瑞典諾貝爾委員會宣布將2017年度的諾貝爾物理學(xué)獎授予美國物理學(xué)家外斯(Rainer Weiss), 巴里什(Barry Clark Barish) 和 索恩(Kip Stephen Thorne), 以表彰他們?yōu)長IGO 探測器建設(shè)以及引力波探測所作出的貢獻(For decisive contributions to the LIGO detector and the observation of gravitational waves). LIGO是英文Laser interferometer gravitational-wave observatory (激光干涉儀引力波探測裝置)的首字母縮寫。三位獲獎?wù)咧?,外斯是最早提出用激光干涉儀探測引力波并作噪聲分析的,巴里什對建立LIGO作出了關(guān)鍵貢獻,而索恩的貢獻則在于引力波探測和LIGO的理論方面。具體地,
外斯,1932年生,美國MIT退休教授,是激光干涉測量技術(shù)的發(fā)明人。外斯熱衷于引力物理和天體物理的研究,曾任COBE (cosmic background explorer,宇宙背景探測器)科學(xué)探測團隊的主席。
巴里什,1936年生,美國加州理工退休教授,從1997年起擔(dān)任LIGO項目的主任。
索恩,1940年生,美國加州理工退休教授,長期從事引力物理和天體物理研究,是廣義相對論專家。其和惠勒合作撰寫經(jīng)典著作《引力》一書時不過33歲。關(guān)于引力波強度和可探測到的時間序列之特征的預(yù)測,是導(dǎo)致索恩此次獲獎的主要原因。
引力波是法國科學(xué)家、科學(xué)多面手龐加萊于1905年率先提出的概念。與加速電荷會發(fā)射電磁波作類比,則有理由認為加速運動的質(zhì)量也應(yīng)該產(chǎn)生引力波。 從1907年 到1916年初,愛因斯坦歷經(jīng)8年多建立起了廣義相對論,或者說引力理論,其關(guān)于大質(zhì)量物體附近光線彎曲的預(yù)言于1919年被證實,這奠定了愛因斯坦和廣義相對論在物理學(xué)史上的地位。廣義相對論的主要內(nèi)容是愛因斯坦的引力場方程。 1918年,愛因斯坦在一篇名為“論引力波(über Gravitationswellen) ”的文章中深入探討了引力波問題,給出了引力波方程。美國科學(xué)家赫爾斯(R. A. Hulse) 和泰勒(J. H. Taylor Jr.)于1974年發(fā)現(xiàn)脈沖雙星的軌道在不斷減小,這可以用引力波導(dǎo)致能量損耗的機理來解釋,算是間接觀測到了引力波,兩人因此獲得了1993年度的諾貝爾物理學(xué)獎。2016年2月11日, LIGO首次宣布此前于2015年9月14日利用臂長達4公里的激光干涉儀直接探測到了來自離我們13億光年的兩個黑洞合并事件造成的引力波。 今年六月,LIGO和VIRGO (歐洲的引力波探測裝置)同時宣布了第三個引力波事件。這次三位從事LIGO 建設(shè)和引力波探測的科學(xué)家獲獎,科學(xué)家圈子里已早有猜測。
所謂的引力波方程,是愛因斯坦對自己的引力場方程又作了弱場近似導(dǎo)出來的結(jié)果,那個引力波的波動方程骨子里頭依然是作為狹義相對論出發(fā)點的麥克斯韋電磁波動方程,盡管在引力的語境中,愛因斯坦注意到引力波是四極輻射,輻射源應(yīng)該是轉(zhuǎn)動啞鈴那樣的質(zhì)量分布,比如雙星體系。此外,關(guān)于波動信號探測,理論上任何一點上獲得的時間序列信號,都不足以反演出波源的信息。因此,關(guān)于空間中大質(zhì)量物體合并機制的研究以及探測,未來也許還有更多的工作要做。 當(dāng)然了,僅就LIGO能達到的對遠處微小振動探測的精度而言,其獲得諾貝爾獎也不為過。對于此次引力波探測獲得諾貝爾物理獎,我的同事、中國科學(xué)院半導(dǎo)體物理研究所姬楊研究員此前數(shù)日的評論或許是最得體的:“這次的物理獎要給引力波了,我是很不以為然的——不是說這個工作不重要,而是說沒必要這么急。一百年前給愛因斯坦授獎的時候,那是多么謹慎…” 有必要提一句,愛因斯坦本人并沒有因他建立狹義相對論和廣義相對論而獲諾獎,其最終是因為對光電效應(yīng)的詮釋而獲得了1922年度補發(fā)的1921年度諾貝爾獎。愛因斯坦是在前往日本訪問的途中在上海霞飛路短暫停留時被告知終于獲得諾獎的。
自1901第一屆物理諾獎頒發(fā)給發(fā)現(xiàn)X-射線的德國物理學(xué)家倫琴以來,至今共頒發(fā)了111屆。(曹則賢 中國科學(xué)院物理研究所)
2016年2月11日發(fā)布的關(guān)于引力波探測的結(jié)果
擁有兩個長達四公里、相互垂直的臂的LIGO
索恩和他早年作為第二作者的巨著《引力》(該書最后一位作者是物理學(xué)名家惠勒,1973年第一版)
巴里什
外斯
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