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引力波的发现对人们的启示
时间:2018/10/29 来源:本站原创 作者:谭忠印  … 阅读:436

 

谭忠印  何鸿斌  大连

一、什么是引力波?它是怎样被发现的?

由于美国麻省理工学院教授雷纳·韦斯和加州理工学院教授基普·索思、巴里·巴里什在设计激光干涉仪引力波天文台(简称LIGO)的巨大贡献,2017年度的诺贝尔物理学奖授予了他们三人,也正是这个LIGO2016年探测到了引力波。这一发现引起了全世界科学界的高度关注。这是为什么?

爱因斯坦的广义相对论提出了“四维弯曲时空”,就是引力波决定时空形状,也就是说在宇宙中引力大(质量大)的天体可以使宇宙的四维时空发生弯曲。

打个比方:宇宙就像一个蹦床,太阳就是在蹦床上的一个保龄球,这只蹦床在保龄球的压力下会深深的陷下去,而地球就是蹦床上的一个小玻璃球,当这个小玻璃球从远处向保龄球运动过来时,因蹦床的凹陷,使小玻璃球就不会作直线运动,而是在蹦床上作曲线运动。

因此,广义相对论认为:太阳系中地球并不是被“太阳吸引”,而是太阳的巨大质量(引力)使宇宙时空出现弯曲,形成凹陷,导致地球及行星作曲线运动。广义相对论认为:光的运动也会受到引力影响而发生弯曲。

 

广义相对论认为:引力波是宇宙这一“空间—时间”四维组织所发生的微小波动,就像一块石头抛向平静的水面,所产生的涟漪一样,向四周波动。只不过其波动及其微弱。那么引力波是如何被测到的?这就要归功于开篇提到的LIGO,正是它历经多年工作和数次技术改造,终于为我们迎来了重大科学发现的曙光。

科学家这次测到的引力波,是在宇宙深处,有两个“黑洞”发生合并,产生了65个太阳质量大小的黑洞,并以3个质量大小的能量以引力波的形式向宇宙辐射,经过13亿光年到达地球。也就是说这是发生在距现在13亿光年前的事件。这间接告诉人们:宇宙发生了什么?人们可以通过测到“引力波”与宇宙“对话”,其科学意义之重大,从此开始了人类可以与宇宙“对话”的时代。

 

二、引力波发现对人们的启示

(1)对科学家的启示:

搞基础原创科学研究,要耐得住寂寞,甘愿长期坐硬板凳,但并非付出一定要有回报,巨大成功往往还需要一点运气。

上世纪六十年代,学生的共同询问“如何证明引力波存在”使雷纳·韦斯教授下定决心证实引力波的存在。

1972年首次提出“激光干涉仪引力波天文台”构想到1990年,历经18年美国国家科学基金才同意支持LIGO项目。

2002年开始探测到2010年的8年间,LIGO一无所获,而后又历经5年升级改造,于20159 月重新开机探测,到914日就撞上了引力波。试想,如果晚几天开机,结果又如何呢? 这里有没有运气的成分?

关于坐住硬板凳和运气的例子:还可以从屠呦呦发现青蒿素获首个大陆科学家诺贝尔奖金及美国大学生发明世界首个鼠标得到证实。

2)对大学及科研机构的启示。培养独有的学派,不同的学派要有碰撞。学派观点的碰撞会产生意想不到的火花,将带出巨大成功。

LIGO项目获得成功,韦斯教授和索恩教授功不可没。两个教授服务于学术风格不同的理工名校,两个素有“恩怨”、风格不同的顶尖理工学院在LIGO项目中相互合作,铸就了LIGO的成功。

(3) 对国家科研管理部门的启示。国家对科研的法规与投入以及管理方法要符合科学规律。美国国家科学基金为LIGO项目先后投入11亿美元,这是该基金会至今投入最大的一笔,且有极大风险。但基金会主席科尔认为:我们要资助科研先驱者。这也是为什么美国一直领先科技进步和知识创新的重要因素。

在这方面,我国努力奋起直追。从2001年的研发投入(R&D)只占全球4%2011年上升到15%。这一快速投入,已初见成效:论文发表数占第二位,仅次于美国,高端科研成果已多次出现。

当然,在R&D资金投入政策及管理技巧上,我国与美国有不同之处: 美国国家科学基金对基础科学研究是“重想法,轻完成”。科研经费50%用在科研人员工资与福利。但美国的应用型项目,正好相反,追踪项目的结果及实效。我国科研基金管理,不同于美国,更重视完成情况。资金用于科研人员开销比例只有15%-20%左右。对基础研究,过分看重结果。

(4)屠呦呦获诺贝尔奖的启发

为解决国家急需,屠呦呦在中医药字典中获得灵感,最后终于研制出世界首例青蒿素。现在青蒿素的专利,被外国人掌控,由外国药厂大量生产。什么原因? 改革开放后有研制组成员带着科研资料和原料跑到国外,当时主管的国家官员,同意加、英、瑞士等科学家到中国进行交流,并命令屠呦呦,说出所有的实验秘密,这让外国人注册了专利,造了工厂。这告诉我们:“中国人不能落伍于时代潮流。要依靠科学,依靠科学家”。

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