国际

偕逾千专家测出引力波
港科学家助揭宇宙面纱

LIGO实验室星期四公布的照片显示,一名技术人员于6年前在激光通道内安装挡板。(路透社)

(香港13日讯)爱因斯坦100年前提出的引力波理论,近日才被直接观测到,为探索宇宙打开了新视窗。探测引力波的团队原来有逾千名来自世界各地的科学家,其中唯一一名来自香港院校的科学家,是年仅29岁的中大物理系研究助理教授黎冠峰。

黎冠峰在香港出世,但自幼移民荷兰,博士毕业后因“始终觉得自己是香港人”,故回到香港教物理,也希望推动香港社会更多人关注科学。



黎冠峰4岁移民荷兰,他说自己成长与一般男孩无异,除了自幼便喜欢看有关行星、宇宙的图书,“地球原来不是唯一星球,人类可能有外星朋友”,一切知识都令他赞叹宇宙的浩瀚与奇妙。

在剑桥大学读毕自然科学系学士及硕士后,黎便回荷兰攻读博士学位,并于2009年加入“激光干涉引力波天文台”(LIGO)合作组,参与探测引力波,其后又获奖学金到加州理工大学完成博士研究,专研引力波。

博士毕业后回到中大,黎冠峰说因香港是他的“根”,他与家人亦主要靠广东话沟通,虽难免有些“鬼仔性格”,但别人问起时,他都说自己是香港人。黎能说流利广东话,但不会阅读和书写中文,亦不了解香港文化,故希望回港见识自己民族的文化,“首先要尽快学写中文字,另外希望增加香港社会对物理的了解及兴趣”。

香港中文大学物理系研究助理教授黎冠峰自2009年加入“激光干涉引力波天文台”合作组,参与探测引力波的工作。

读物理较难找工

黎冠峰说,在欧洲及美国求学时,物理系学生在很多行业都具竞争力,毕业生入职银行及大企业并不少见,但在香港读物理似乎较难找到工作,出路不及读医或法律,且常被人以为是书呆子、不善沟通,故不少学生虽对物理有兴趣,也会在压力下转读热门学科。他计划之后为中学生举办讲座和实验活动,增加学生对物理的了解及兴趣。他又指外国供物理研究申请的经费较香港的大学多,故希望政府加拨资源,资助学生做研究。



该天文台于去年9月14日探测到引力波,物理学界不少专家预计此发现可问鼎诺贝尔物理学奖,黎冠峰就表示“有百分百信心,看是今年还是明年而已”。他亦十分兴奋,期待之后可探索更多宇宙活动。

他又举例,前年大热科幻片《星际启示录 》(Interstellar)中,女主角借助虫洞穿梭时空,虫洞的理论基础便是时空可扭曲,遥远的未来人类或可实现时空旅行,但他预计有生之年应没机会。

科学家采用激光干涉仪去发现重力波。图为同类仪器的光线通道。

升级探测器  终于找到它

引力波是时空的“涟漪”,爱因斯坦的广义相对论认为,大质量天体互相围绕或碰撞可扭曲时空,并将扭曲波动从波源辐射出去,若距离够近,地球甚至可被“搓圆揿扁”,但这些发生在数亿光年外的宇宙活动,引力波抵达地球时十分微弱,故虽然1970年代起便有科学家提出,可利用光和空间的物理性质来探测引力波,但碍于器材灵敏度不足一直未能成功,成为广义相对论最后一个未经证实的预测。

“激光干涉引力波天文台”(LIGO)于1992年开始建设探测站,5年前开始升级工程,包括提高辐射功率及更好地隔离地震干扰等,探测灵敏度为之前的3倍。

黎冠峰笑言,此次在该台升级版启动的第四天成功探测到引力波,因原定于去年9月18日正式启动该台升级版,但启动前四日的试运行中,便幸运地探测到两个黑洞合并的引力波。

繁复确认探测结果

当日是他在中大工作的首日,他收到系统信息指发现“有东西”,于是和学生一起用软件计算,并将探测到的波形,同海量的、由理论计算产生的波形库对照,找出匹配波形,发现是引力波由29倍太阳质量的黑洞与36倍太阳质量黑洞合并产生。

两个观测站测试出的引力波模式应一致、引力波到达两个观测站的时差要符合两地距离……经过繁复的确认程序及排除其他可能性,LIGO才能证实此次探测结果,故发布较探测晚了5个月。

此外,黎冠峰指该台研究人员会故意在数据中加入虚假信号,以测试仪器,故在视像会议中得知此次并非虚假信号时,他才敢放心拍掌欢呼。

科学客第一次直接探测到引力波,证明了爱因斯坦预言成真。

位于利路易斯安那州文斯顿市的激光干涉引力波天文台。(路透社)

探测有多难黎冠峰以“21个零”解释

香港《文汇报》报道, 激光干涉引力波天文站合作组此前证实百年前爱因斯坦的引力波预言,作为唯一的香港院校参与者,香港中文大学物理系研究助理教授黎冠峰形容,有关成果是史上广义相对论的“最佳认证”,也让天文物理学进入新时代,有信心可获诺贝尔奖。

黎冠峰自2009年修读博士开始加入该天文台,从事研究利用探测器寻找黑洞撞击及相关数据分析等工作。他向媒体讲述有关研究的历程,讲解合作组如何重组探测器,将其敏感度增加3倍,并同时“减少噪声”,最终探测器一启用就测出引力波。

有关探测到底有多难,黎冠峰以“21个零”去进一步解释。

他表示:“这次估算的两个合并黑洞位于13亿光年外,所产生的引力波传送至地球已经非常微弱,转变极细。”

打个比方,就如同一根头发的厚度去除以地球与恒星之间的距离;以数字表示即“0.000000000000000000001”,因此只有极精密的仪器才可监察。

不过,要探测如此细微的信号,自然也会探测到大量的噪声,哪怕只是一辆车经过,其震动都会构成影响。黎冠峰指出,天文台在20年来一直想方法及设计专门装置减少噪声,另外也在美国列文斯顿及汉福德两地各设一个观测站,互相比对数据以加强可靠性。

为了进一步提高探测器的性能,天文台在2010年开始重新组建及进行升级工作,直至去年终于将探测器性能大幅加强3倍,更于试行当日、黎冠峰首天于中大上班时就发现引力波。对于这意外惊喜,黎冠峰谨慎看待,时刻联络身在美国的学生检查,并再三详细比对及分析,才确认真正探测到双黑洞碰撞所产生的引力波。

验证广义相对论

很多人关心探测引力波到底能为人类带来什么,黎冠峰首先指出有关发现是人类目前为止对广义相对论的“最佳认证”,终结科学界长达百年的迷思。

他又表示︰“人类在16世纪开始转用天文望远镜,才发现天上的并非全都是星,原来当中还有银河等超越当时人类认知的东西存在。”

同理,本次成功探测引力波犹如“第一次看清”太空谜团,相信引力波未来可以引领科学家更了解天文现象,发现此前不能想象的事物。

黎冠峰透露,目前正在分析其他资料,加上今年预计仍有很大机会能探测到其他引力波,相信好消息将陆续到来。

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国际

诺贝尔物理奖
美3学者观察引力波获奖

魏斯(左起)、索恩和巴里什荣获本年度诺贝尔物理学奖。

(斯德哥尔摩3日讯)引力波不负众望斩获本年度诺贝尔物理奖。

瑞典皇家科学院今天中午11时50分(大马时间下午5时50分)宣布将2017年诺贝尔物理学奖授予3位美国科学家魏斯、巴里什和索恩,用以表彰他们在构思和设计激光干涉仪引力波天文台(LIGO),对直接探测引力波做出杰出贡献。



3人将共享900万瑞典克朗(约466万令吉)。其中,魏斯将获得一半奖金,巴里什和索恩则各自获得四分之一奖金。

85岁的魏斯是麻省理工学院物理学荣誉教授。在他的学术生涯中,最重要的成就是发展出激光干涉术来探测引力波。

81岁的巴里什是加州理工学院物理系林德教授,对建立LIGO国际合作并将其转化为大科学作出了关键贡献。

77岁的索恩2009年以前一直担任加州理工学院费曼理论物理学教授,对引力波探测和LIGO作了很多理论工作。

侦测13亿光年外2黑洞



爱因斯坦1916年发表广义相对论提出“时空”概念,认为时间与空间会形成一张网,当有质量的物体加速时,例如黑洞加速碰撞时,会以光速释放重力波,在这张网上产生涟漪。

在他侦测100多年后,LIGO于2015年9月14日首度观测到引力波。

LIGO科学家通过设于美国华盛顿州和路易斯安那州地下的两个引力波干涉仪,测到距离地球13亿光年的两个黑洞。

其中一个黑洞质量是太阳的29倍,另一个是太阳的36倍,两个黑洞互绕运转,呈螺旋状向内旋,最后高速碰撞在一起,释放引力波,形成一个更大的黑洞。

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