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引力波的预言与猜想 精选

已有 6156 次阅读 2016-2-12 22:19 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦


                                                                 

这两天引力波“浪”起来了,想起老K的预言。LIGO是加州理工玩儿虫洞穿越的Kip Thorne和MIT的Rainer Weiss在30年前发起的大科学计划,老K在《黑洞与时间弯曲》里讲过那段草创时期的故事。20006月,老K60生日,在朋友们为他举行的纪念会上,他大胆讲了10个预言或猜想,大都与引力波有关。15年过去了,回顾老K的预言也是有趣的,我们常做的事情似乎正缺一些预言和猜想:“今天我要对我一直从事的那些物理学领域的几个重大发现做一点猜想。也许,我的预言在今后40年里会显得很愚蠢。不过,我从不介意它看起来有多愚蠢,而预言也总是能激发研究的。我想一群年轻人正开始证明我错了!”(老K的文字见《时空的未来》)

 

预言1:从2010年到2015年,一个叫LISA(激光干涉仪太空天线, Laser Interferometer Space Antenna,参见http://www.lisa.nasa.gov/)的太空基线引力波探测器将揭示许多遥远的大质量黑洞周围的时空弯曲,而且能绘出非常精细的弯曲地图——包括三个方面的弯曲:空间的弯曲,时间的弯曲和视界周围的时空旋涡。

     预言2:在20022008年间(也就是在2010年发射LISA之前),大地基线引力波探测器将看着黑洞发生碰撞,看着它们的碰撞引起时空弯曲的剧烈振荡。通过对比观测的波与超级计算机模拟,我们将发现时空弯曲在与自身发生动力学的非线性相互作用时是如何活动的。

   猜想3:从20202030的十年间,LIGO、它的伙伴和一个继LISA之后的空间基线探测器,将看到宇宙间所有3百万太阳质量以下的黑洞的碰撞,所有中子星与黑洞的碰撞,以及所有中子星与中子星的碰撞。它们每天都能看到很多碰撞。将观测的引力波与数值相对论的模拟进行比较之后,我们能得到一个庞大的碰撞编目和它们的细节,就像20世纪的光学、射电和X射线天文学做的恒星和星系编目一样。

   预言4:在20082010年的某个时候,LIGO和它的伙伴们的先进的探测器,将通过黑洞撕裂中子星时所产生的引力波,来跟踪大核物质的性质。观测的引力波结合星体破碎的相对论数值模拟,将以10%左右的精度告诉我们星体的周长。这个结果连同引力波的其他特征,将使我们更多地认识核的物态方程。

   预言52008年,我们将在LIGO看到40千克的蓝宝石圆柱表现出量子力学的行为。我们将发明一种量子无破坏技术来应对这种量子行为,而在2008年的时候,那种技术已经融入了LIGO的先进的引力波探测器。那种新技术可能是所谓量子信息科学的人类探索新领域的一个分支,包括量子密码技术量子计算

   猜想6:在20082030年间,我们将观测到来自大爆炸奇点的引力波。这将开辟一个新的时代,至少延续到2050年。那时我们将在100到百亿光年的波长范围观测原初引力波的波谱(即波的强度作为波长的函数),然后画出天空的波强度模式图。这些工作将揭示大爆炸奇点最隐秘的细节,从而确立哪种形式的弦理论是正确的量子引力理论。它们还可能揭示宇宙在最初1秒钟的众多现象。

   预言7:在霍金、普雷斯基尔和我还健在的时候,我们关于宇宙监督的新赌就会有结果。谁会赢呢?恐怕是霍金,但那不是显而易见的,而我也不会拿预言来破坏我们的赌约。但我还是要预言,为了了结我们的游戏——发现裸奇点能否不通过振幅的微调而产生——还需要三样工具:铅笔加稿纸的计算,数值相对论的计算,引力波的搜寻。

预言8:到2020年,物理学家将认识量子引力定律,会发现它是某种形式的弦理论。2040年时,我们将满怀信心地用这些定律来回答许多深层的疑难问题,包括:

l        产生空间、时间和宇宙的大爆炸奇点的真正本质是什么?

l        大爆炸奇点之前有什么?真的存在什么之前的事物吗?

l        存在其他宇宙吗?假如是的,它们与我们有什么关系?又如何与我们的宇宙发生联系?

l        黑洞内部的奇点的真正本质是什么?

l        能从黑洞内部的奇点产生出其他的宇宙吗?

l        物理学定律允许高度发达的文明制造并维持用于星际旅行的虫洞吗?允许他们制造能回到过去的时间机器吗?

不太有根据的猜想9:我们将证明,物理学定律确实允许在人体大小的虫洞内存在足够的奇异物质,从而保持虫洞的开放。但我们也将证明,制造虫洞和打开虫洞的技术远远超越了我们人类文明的能力。

   猜想10:我们将证明,物理学定律严禁回到过去的时间旅行,至少在人类的宏观世界是这样的。不论多么先进的文明付出多么艰辛的努力,都不可能阻止时间机器在启动的时刻发生自我毁灭。 

 引力波是这些猜想和预言里最不激动人心的(因为对相对论的信心不需要这一点事实来加强),更令人好奇的是,老K的其他预言什么什么时候成真?


LIGO官网的标题图片


两个黑洞激起的波浪






人类首次探测到引力波
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