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我国正式启动阿里原初引力波探测实验:倾听宇宙第一声啼哭
关键字: 阿里项目阿里原初引力波引力波引力波探测试验张新民王贻芳12月13日,酝酿了两年半的“阿里原初引力波探测实验”项目(下称“阿里项目”)正式启动。
该项目由中科院高能物理所研究员张新民担任首席科学家,项目组计划用5年的时间,在西藏阿里建成“阿里一号”望远镜并开始科学观测。
这将是世界上第一个地处北半球的原初引力波观测站,也是我国第一次启动引力波探测实验。
阿里工程现场(阿里原初引力波探测实验项目办公室供图)
人类首次探测到引力波推动阿里项目启动
自爱因斯坦预言引力波的存在以来,无数科学家和科研机构前仆后继地研究和观测引力波,通过各种科学实验设法捕捉引力波的踪迹。
用一句话来概括爱因斯坦的广义相对论,那就是:时空命令物质如何运动,而物质引导时空如何弯曲。当物质的分布改变时,时空也会相应变化,这一变化以光速传播开去,就好像在平静的湖面上丢下一粒小石子,湖面就会有一圈波浪向外荡去,时空也会将涟漪向外传开,这便是引力波了。
17世纪末的物理学家牛顿看到了下落的苹果,意识物体之间普遍存在的一种力,称之为“引力”,并且将其数学化,这就是我们熟知的万有引力。万有引力认识的精髓是物体质量的存在导致了引力,这在牛顿之后的两百多年里被认为是宇宙间的绝对真理。
直到1905年狭义相对论发表,再到1915年广义相对论的发表,爱因斯坦提出了一种完全不同的对于引力的看法,引力是因为质量对于时空造成了变形所导致,而非质量之间的吸引。这就意味着,我们时空可被当做一种可以变形的介质来认识。所以引力波,简单来说,就是时空自身的波动。相比较我们熟知的无线电波(或者电磁波),它仅仅是在时空之中传播的,时空是它的媒介。
人们常说“星辰大海”,如果将时空视作海洋,那么天体就如同海洋生物一般。可以想象,如果大海中的某个生物摇了摇尾巴、或是晃了晃头,海水由此所产生的波动就会向外传播。
与此类似,宇宙中某个天体的剧烈活动,会对所在的时空产生扰动,时空自身的波动也会向远处传播,如果足够强,就能够为地球上的我们所感知。
今年2月11日,LIGO实验组(激光干涉引力波天文台)和美国自然科学基金委员会联合宣布探测到来自于13亿年前由两个黑洞并合产生的引力波,这是人类第一次直接探测到引力波,掀起了国际社会的引力波热潮。
这也极大地推动了阿里项目的启动。
科学界根据起源对引力波进行了简单划分,其中在宇宙诞生时产生的引力波被视作原初引力波。探测到引力波之后,寻找原初引力波,被科学家视作下一个重要科学目标。
正是在这样的背景下,我国自2014年开始规划的原初引力波观测计划终于得到落实。
引力波(资料图)
阿里项目旨在建成世界上最灵敏的原初引力波探测实验
张新民在接受科技日报记者采访时表示,阿里计划以测量宇宙微波背景辐射(CMB)光子B模式偏振信号为主要手段,旨在建成世界上最灵敏的原初引力波探测实验。实验除可能在原初引力波探测方面获重要突破外,也有望在宇宙诞生与演化、暗物质、暗能量等其他科学研究中获取新进展。建成后,阿里观测基地,将与已有的南极观测站、智利阿塔卡玛观测站形成三足鼎立、南北半球互补。
实际上,选址工作从10年前就开始了。“大气越稀薄、水汽含量越少,干扰就越小,才越有希望看清原初引力波留下的痕迹。”美国斯坦福大学研究员郭兆林说,“阿里观测站地处海拔5000米以上的青藏高原地区,具有得天独厚的地理环境优势、观测气象条件与配套基础设施。”郭兆林是南极BICEP3望远镜项目的负责人,此次被聘请为阿里计划的高级顾问。
中科院高能所所长王贻芳表示,探测引力波的宇宙学起源,科学意义重大。随着阿里观测站的建成,我国将能获得目前世界上精度最高的观测数据,我国的原初引力波研究也将进入国际前沿。
阿里修路现场(阿里原初引力波探测实验项目办公室供图)
阿里项目实施初期将采中美合作方式
但必须看到的是,我国过去在引力波探测领域积累较少,不管是硬件还是软件水平都亟待加强。
项目组的官方资料显示,阿里项目目前已经申请科研经费1.3亿元人民币,实施初期将采用中美合作的方式,与美国领先的大学和科研院所展开深度合作。
未来,项目组计划与美国BICEP实验团队合作,联合开展南北半球协同观测,进行数据分析和研究。
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- 责任编辑:吴娅坤
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