基甸聊天:有声有色的引力波

基甸聊天:有声有色的引力波

基甸聊天2017/10/18

主持:基甸

文字记录:基甸

音频链接:http://godoor.net/whjdt/yinlibo17.mp3

 

 

最近这几天,引力波再度成为红遍网络的热爆新闻。各类微信公共号都有相关文章发出,有的甚至说“这是外星人发来的信号,不要回答!不要回答!”为了蹭热点,这科幻脑洞也开得太大了点!

 

不过这个事件本身确实是震动天文学界、科学界的一件大事。

 

2017年10月16日,美国的LIGO(激光干涉引力波天文台)和欧洲的Virgo(室女座)干涉仪引力波探测器同时观测到了由距离我们一亿多光年的双中子星并合产生的时空涟漪——引力波。两秒钟以后,美国的费米(Fermi)空间望远镜观测到了一个伽马(Gamma)射线暴(“伽玛暴”),也就是伴随同一引力波的电磁信号。然后,来自全球各地的70架地面及空间望远镜也观测到了来自这一天文事件的临近星系的光信号。

 

这是一次全球天文学家携手合作进行的大型研究观测,相关结果将发表在一篇由全球将近一千个研究单位的三千多位作者合著的论文中。中国数家天文研究单位和上百名天文科学工作者也参与了这个国际研究项目。(因此国内媒体也会有更加热情和广泛的报道)。

 

这不是引力波第一次成为大新闻的主角。最近几年,引力波已经“红”过好几次。

 

2014年3月,美国哈佛史密松天体物理中心的天文学家宣布,利用BICEP2(宇宙泛星系偏振背景成像)探测器,在宇宙微波背景中观测到了源自宇宙“大爆炸”的引力波。可惜这一结果后来未被验证证实,摆了“乌龙”(科学家被星尘噪音误导了)。

 

2016年2月,LIGO团队宣布人类首次直接探测到来源于双黑洞融合的引力波。这回是真的“听”到了引力波的“声音”(引力波的频率在声波频段中),全世界的人都为这项科技突破振奋欢欣。此后LIGO和Virgo团队观测到了更多来自双黑洞融合的引力波。

 

2017年10月3日,三名美国科学家(Rainer Weiss, Barry Barish和Kip Thorne)因为“对LIGO探测器和引力波观测的决定性贡献”而荣获诺贝尔物理学奖。

 

最近这次LIGO和Virgo团队对来自双中子星并合的引力波的观测结果,跟前面的几次有很大不同。这次的引力波“声音”信号持续时间特别长,达100秒之久(此前的来自黑洞融合的引力波只持续了不到一秒钟)。此前来自黑洞融合的引力波虽然有“声音”,但是没有“色彩”,黑洞融合的结果是黑暗(基本上没有电磁波产生)。而这次双中子并合产生的光信号——来自远古太空的美丽光芒,却可以被更传统的电磁波(光学)望远镜观测到。

 

因此此次全球“多信使”(包括LIGO、Virgo和电磁波、光学等观测手段)团队合作观测到的引力波是“有声有色”之波。科学家们不但听到引力波发出的宇宙“欢鸣”,也看到中子星并合产生的太空“礼花”。中科院高能物理所天体物理学家张双南赞叹说:“人类不但听到了天体结合发出的美妙歌声,而且也看到了它们相爱迸发的火花!”

 

 

双中子星并合是质量和能量巨大的宇宙事件。两颗中子星互相绕转舞动,越转越近,最后交汇融合,除了迸发伽马暴,还产生亮度达到千倍的“千新星”(kilonova)。不但如此,双中子星并合也产生宇宙中包括金、银等在内的一些重金属元素,它是这些重金属的起源。

 

全球科学家耗费巨资、集合苦干,做这类引力波研究,究竟有什么用呢?

 

我相信科学研究的意义,并不限于“功利主义”的应用,而更在于我们对物质世界的更深的认识。虽然知道金银的起源并不能增加人类拥有的金银和财富,但来自双中子星并合的引力波观测,为人类探索宇宙起源的奥秘打开了更大的门,开拓了更宽的路。

 

现代科学目前对宇宙起源的了解并不是很多,还有很多未解之谜。比如中子星内部的构成到底是什么?双中子星并合后会不会坍塌成黑洞?等等。科学家们相信,引力波的研究将帮助人类解开这些谜,甚至为诸如暗能量等目前科学家知之甚少的问题带来认识上的突破。

 

对于相信上帝创造了宇宙万物的基督徒来说,引力波研究的新发现和新突破也具有神学上的意义。因为我们相信宇宙和自然是上帝的“普遍启示”,所以探索宇宙的奥秘可以彰显上帝的荣美。

 

梵蒂冈一直以来都有自己的天文台和天文学家,大爆炸理论的前身——宇宙膨胀理论,就是1927年由天主教天文学家勒梅特(Georges Lemaitre)首次提出的。引力波研究将帮助科学家更精确地测定宇宙膨胀的速度,科学家也相信引力波观测将为大爆炸理论提供更多证据。大爆炸理论所蕴含的“时空有始”的观念,跟基督教信仰“起初,上帝创造天地”(《创世记》1:1)的信仰相符,而对无神论的宇宙观提出了挑战。

 

双中子星并合在宇宙中其实是罕见的小几率事件,而人类能够观测到这样的“天象”更需要更精妙的“巧合”。这要求双中子星并合必须发生在“刚刚好”的距离、位置和时间。这次观测到的双中子星并合距离地球1.3亿光年。这是一个恰恰好的距离。假如它离我们距离太近,它产生的伽玛暴可能会毁灭地球上的生物,当然也包括我们人类;假如它离我们距离太远,我们就得再等千万年才能观测得到它。

 

这次的双中子星并合的位置也恰恰好,使得伽马暴的信号能被地球上的望远镜观察到。双中子星并合距离今天的时间也恰恰好,正好在人类的科技发展到了掌握引力波和伽玛暴观测技术的时候达到地球……在无神论这看来,这可能是像中大奖一样“幸运”。但对相信上帝创造并且维护宇宙的基督徒来说,这些“巧合”跟“宇宙微调”一样具有“神迹”和“智慧设计”的性质,显示出上帝眷顾你我人类的恩典。

 

 

科学史学家博恩汉(Frederick Burnham)说:“今天的科学界比过去一百年的任何时候都更容易对上帝创造了宇宙的观念持开放与尊重的态度。”我相信,又真又美、有声有色的引力波跟大爆炸和宇宙微调等一样,见证了上帝创造和维护宇宙的永恒的大能和荣耀(参见拙文《诸天述说》,http://ocfuyin.org/?p=330 ),有耳可听的应该听,有眼可看的应该看。

 

著名生物学家、前人类基因组国际研究团队首席科学家柯林斯(Francis Collins)曾说:

 

“每当人类基因组有新发现时,我体会到一种敬畏的感受,觉悟到人类如今明白了从前只有上帝知道的事。这是一种感人至深的情怀,它帮助我欣赏生命的属灵层面,也使得从事科学收益更丰。好多科学家不去发掘他们属灵的感受,他们真不知所失为何。”

 

我相信这话也适用于引力波的新发现。

 

我不知道今天的引力波观测国际研究团队里面,有多少是相信上帝的科学家,有多少能在引力波的新发现中体会到敬畏上帝的属灵情怀。但对我这个理科背景的基督徒来说,这一波又一波的引力波新发现,确实能帮助我们在仰望星空的时候更加敬拜尊崇那位创造这浩瀚宇宙的上帝。

 

谢谢大家。

 

(转载请注明“转自基甸聊天http://ocfuyin.org/category/jdlt ”)

 

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