引力波之谜

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传播,以思想的速度——爱因斯坦与引力波(哲人石丛书第三辑:当代科普名著系列)

ISBN: 
978-7-5428-5132-1/N·799
出版日期: 
2011-03
开本: 
大32开
页码: 
330
定价(元): 
29.00
作者: 
丹尼尔·肯尼菲克
译者: 
黄艳华
  

        自爱因斯坦近一个世纪前第一次描述引力波以来,引力波问题遭遇了可能是物理学史上最持久的争议。到目前为止,尚未探测到这些由爱因斯坦的广义相对论首先预言的时空波动,只是在21世纪初的今天,我们才终于快有可能观测它们。

书评作者: 
殷晓岚
发布媒体: 
中国图书商报

        引力波的概念是爱因斯坦在他的广义相对论里提出的,被称为“广义相对论中最后一个需要证明正确与否的谜题”。虽然已有近百年的历史,但是公众对这一概念还是知之甚少,这一方面是因为广义相对论苦涩难懂,另一方面也因为引力波的信号极其微弱,它的探测在技术上十分困难,以往在地球上进行的对引力波进行直接搜寻的所有努力都以失败告终。因而引力波一直只能是广义相对论的预言。

        引力波存在吗?事实上,就连爱因斯坦本人起初都有些拿不定主意,他曾两次宣称引力波不存在,但又两次改变了自己的想法。想了解引力波这一深奥却有趣的概念及其背后的故事,诸如爱因斯坦与《物理评论》的一段轶事,三代物理学家为揭示相对论所预言的引力波而进行的历时70年的探索,以及位列20世纪物理学前列的著名物理学家围绕引力波这一课题展开的激烈论战,由上海科技教育出版社引进出版的《传播,以思想的速度——爱因斯坦与引力波》一书无疑是最佳的选择。该书作者丹尼尔·肯尼菲克是《爱因斯坦全集》(普林斯顿)的一名编辑,还是LISA国际科学小组的成员,LISA是美国宇航局的一个项目,目标是在太空运行引力波探测器直接观测到引力波,而国际科学小组为该项目提供理论指导。

        关于引力波是否存在以及它是否由双星发射的争论实际上进行了好几十年,自爱因斯坦近一个世纪前第一次描述引力波以来,引力波问题遭遇了可能是物理学史上最持久的争议,但肯尼菲克认为,“这个领域充满争议的历史是有趣的”,他写作该书正是想带领读者了解这段历史。

        引力波的概念虽然深奥,但肯尼菲克运用类比手法巧妙地将这一概念介绍给读者,读来竟饶有趣味。引力波其实是爱因斯坦对于万有引力本质的理解。他认为引力场有一种跟电磁波一样的波动,是为引力波,即物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。通俗地说,可以把它想象成水面上物体运动时产生的水波。但是,只有非常大的天体才会发出较容易探测的引力波,如超新星爆发或两个黑洞相撞时,而这种情况非常罕见,且当引力波到达地球的时候已经变得非常弱了。因此,虽然科学家们一直在努力探寻宇宙中的引力波,但是,直到1970年代,都还没有找到引力波存在的直接证据。于是,只得退而求其次,找间接证据。

        引力波存在的间接证据是由物理学家赫尔斯和泰勒首先得到的。1974年,他们发现了脉冲中子双星PSR1913+16并对它的轨道运动周期进行了长期观测。根据广义相对论,中子双星系统在做轨道运动时,会辐射出引力波而使轨道变小,周期变短,赫尔斯和泰勒的观测结果与广义相对论符合得极好,他们为此荣获了1993年的诺贝尔物理学奖。虽然引力波的存在得到了间接的证实,但引力波问题仍然是一个悬而未解的科学奇案,直接检测出引力波仍是实验物理学留下的最大课题之一。

       思想的速度在想象中策马飞奔,却在证明中缓步前行,但最终都会抵达终点。正如书中所说:“现在所证明的正是曾经只能想象的。”我们期待着科学的发展能在不久的将来最终解开引力波之谜。