科學人 發行日期:2013/11 刊號:141
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傳頌大霹靂的重力波

撰文/安德森(Ross D. Andersen) 翻譯/李沃龍

如同許多奇異的物理現象般,重力波源自於理論的概念,是方程式的產物,而非感官經驗所致。愛因斯坦是第一位意識到廣義相對論預測有重力波存在的人,他理解到某些超大質量的物體在高速運動時,會猛烈拉扯空間結構,進而發送出橫貫自身的微弱波浪。
有多微弱?愛因斯坦認為重力波太過微弱,以至於永遠無法觀測到。但是在1974年,侯斯(Russell Hulse)與泰勒(Joseph Taylor)這兩位天文學家藉由精巧的實驗,仔細研究一種稱為波霎雙星的天體,推論出重力波確實存在。波霎是恆星爆炸留下的內核,會快速自轉、閃閃發亮。它們十分規律地轉動並發射閃光,這種可用來做為宇宙時鐘的特質,使它們備受天文學家喜愛。在波霎雙星系統裡,其中一顆波霎與另一個天體(在這個案例中,那是顆超緻密的中子星)彼此互相繞行。侯斯與泰勒領悟到若愛因斯坦的相對論正確無誤,則互繞的兩個天體會產生重力波,因而將軌道能量排出系統外,使它們的軌道縮小、互繞速率變快。這兩位天文學家畫出該波霎的可能路徑,然後經年累月地觀察它,看看數據中是否能呈現出軌道縮小的跡證。結果不但出現軌道縮小的現象,且完美符合侯斯與泰勒的預測,清晰明確的圖形完全證明了愛因斯坦的理論,讓他們兩位榮獲1993年的諾貝爾物理獎。

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