黑洞碰撞證實了愛因斯坦和霍金幾十年前的預測經過 2025年9月12日更新 一個藝術家對GW250114的印象，這是天文學家以前所未有的細節(jié)觀察到的兩個黑洞之間的強大碰撞。 奧羅爾·西蒙內(SSU/埃德溫)/LVK/URI 天文學家以前所未有的細節(jié)探測到了兩個黑洞之間的碰撞，為這些宇宙奇異現象的本質提供了迄今為止最清晰的視圖，并證實了傳奇物理學家阿爾伯特·愛因斯坦和斯蒂芬·霍金長期以來的預測。 這一事件被命名為GW250114，于1月份為人所知，當時研究人員用激光干涉引力波天文臺(LIGO)發(fā)現了它——這是一套兩個相同的儀器，分別位于路易斯安那州的利文斯頓和華盛頓州的漢福德。這些儀器探測到了引力波，這是兩個黑洞相互撞擊時在時空中產生的微弱波紋。 尋找引力波，1915年作為愛因斯坦相對論的一部分預測的現象，是識別來自地球的黑洞碰撞的唯一方法。愛因斯坦認為這種波太弱了，人類技術永遠無法捕捉到，但是2015年9月，LIGO記錄下來這是第一次，后來有三位科學家獲得了諾貝爾獎，他們?yōu)檫@項研究的發(fā)展做出了重要貢獻黑洞望遠鏡.” 哥倫比亞大學天文學助理教授、紐約市熨斗研究所計算天體物理中心的天體物理學家Maximiliano Isi說，新探測到的黑洞每個都是太陽質量的30到35倍，它們旋轉得非常慢。三軍情報局領導了一個新的研究LIGO-處女座-卡格拉合作的GW250114數據，周三發(fā)表在《物理評論快報》上。 美國國家航空航天局說，火星巖石含有迄今為止火星上遠古生命的“最清晰的跡象” Isi說:“這些黑洞距離我們大約10億光年，它們幾乎是以一個完美的圓圈圍繞著彼此運行?！?。由此產生的黑洞大約是太陽質量的63倍，它以每秒100轉的速度旋轉 根據Isi的說法，這些特征使得這次合并幾乎是10年前第一次突破性檢測的精確復制?！暗乾F在，因為從那時起儀器已經改進了這么多，我們可以更清晰地看到這兩個黑洞，因為它們彼此靠近，合并成一個，”他補充道。 Isi表示，這一觀察讓科學家對“空間和時間的動力學”有了全新的認識。 愛因斯坦和雙色戒指LIGO號還有兩個較小的姊妹儀器——意大利的處女座和日本的卡格拉——由一家全球科學公司管理社區(qū)大約1600名研究人員。它的工作原理是檢測由引力波引起的微小空間延伸，正如Isi所說，這相當于“比原子核半徑小1000倍的距離變化”。迄今為止，科學家已經用它觀察了300多次黑洞合并。 今年早些時候，該儀器檢測到最大質量的黑洞碰撞迄今為止，兩個黑洞之間的質量大約是太陽的100到140倍。 自首次亮相以來，LIGO的一些關鍵部件——包括激光器和鏡子——已經升級，以提高精度和降低背景噪音。這種性能的提高使其新的觀測結果比十年前的首次觀測結果精確了三倍多。 通過轉換成音頻的引力波數據聽到這些宇宙碰撞來源:LIGO/德里克·戴維斯(URI) 0:17 這種前所未有的清晰度使天文學家能夠使用GW250114來證實幾十年前由著名物理學家做出的關于黑洞的預測。 第一個預測是由新西蘭數學家羅伊·克爾在1963年提出的，建立在愛因斯坦的廣義相對論基礎上，并指出黑洞應該是由一個方程描述的矛盾的簡單物體。 “是的，黑洞非常神秘，復雜，對宇宙的演化有著重要的意義，”Isi說，“但從數學上來說，我們認為它們應該只用兩個數字來完全描述。關于它們的一切都應該來自黑洞有多大——或者它的質量有多大——以及它旋轉的速度有多快?！?/p> 迄今為止探測到的最亮的快速射電爆發(fā)可能有助于解開一個永恒的宇宙之謎 為了測試這一理論，研究人員使用了黑洞碰撞的一個獨特特征:最終黑洞產生的“鈴聲”或振動——就像被敲響的鐘?！叭绻阌幸粋€鐘，你用錘子敲它，它就會響，”Isi指出?！奥曇舻囊舾吆统掷m(xù)時間，聲音的特征，告訴你一些關于鐘是由什么組成的。黑洞也發(fā)生了類似的事情——它們在引力波中形成環(huán)狀?！?/p> Isi補充說，這種環(huán)包括黑洞及其周圍空間的結構信息。雖然這種現象以前被隱約觀察到，但GW250114返回了一個具有“兩種模式…一種基模和一種泛音”的信號，清晰得多。 “我們確定了這個環(huán)的兩個組成部分，這使我們能夠測試這個黑洞是否真的符合只用兩個數字來描述，質量和旋轉，”他說?！斑@是我們理解空間和時間如何運作的基礎——在某種程度上，這些黑洞應該是無特征的。這是我們第一次能夠如此令人信服地看到這一點?！?/p> 霍金表面積定理GW250114證實的第二個預測是英國物理學家斯蒂芬·霍金在1971年做出的一個預測，該預測指出，當兩個黑洞合并時，產生的表面積必須等于或大于原始黑洞的表面積。 “這是一個深刻但非常簡單的定理，它表明黑洞的總表面積永遠不會減少——它只會變大或保持不變，”Isi說。 盡管先前的LIGO觀測提供了初步的確認Isi說，這個新信號的清晰性給了研究人員無與倫比的信心。 在這次對GW250114事件的模擬中，引力波的大小不斷增長，隨著黑洞的合并而達到峰值，然后隨著新形成的殘余黑洞的沉降而迅速下降。 黛博拉·費格森/德里克·戴維斯/羅布·科因(URI)/LIGO/瑪雅合作 “因為我們能夠在早期識別來自黑洞的信號部分，因為它們彼此分離，我們可以從中推斷它們的區(qū)域，”他解釋道?！叭缓笪覀兛梢杂^察來自最后一個黑洞的信號的最后部分，并測量它自己的面積?！?/p> 就像克爾方程一樣，霍金定理也以愛因斯坦的工作為基礎:“愛因斯坦的理論就像這一切的操作系統(tǒng)，”Isi解釋道。 基普·索恩是LIGO貢獻獎的三位獲獎者之一，他說霍金一得知2015年引力波探測就打電話給他，詢問LIGO是否能夠測試他的定理。索恩在一份關于新發(fā)現的聲明中談到這位于2018年去世的受人尊敬的物理學家時說:“如果霍金還活著，他會陶醉于看到合并黑洞的面積增加?！薄?/p> Isi說，這一開創(chuàng)性的理論工作在幾十年后被先進的儀器所證實，這是非常了不起的。他補充說，證實霍金的方程可能會對物理學中一個非常受歡迎的目標產生影響——將描述引力的廣義相對論與涉及亞原子世界的量子力學結合起來。 “LIGO創(chuàng)造了一個全新的天文學分支。它徹底改變了我們對致密物體的看法，特別是黑洞，”他說?！霸贚IGO開啟之前，人們甚至不確定黑洞會以這種方式合并、碰撞和形成?！?/p> 這張圖表描繪了自2015年LIGO首次探測到一對碰撞黑洞發(fā)出的引力波以來，LIGO-處女座-卡格拉(LVK)網絡的發(fā)現。 （美國）加利福尼亞理工學院 期待已久的里程碑沒有參與這項研究的約翰·霍普金斯大學物理學和天文學教授伊曼紐·伯蒂說，引力波非常微弱，探測它們的巨大任務經常被描述為大海撈針。他將LIGO探測器描述為幫助這一過程的“助聽器”。 他在一封電子郵件中說:“一大群科學家花了十年時間來改進這些助聽器，現在我們可以以更高的清晰度'聽到’信號?！?quot;我們現在可以測試十年前無法測試的重力基本原理." 他補充說，在這些原則中，有一個觀點是黑洞是宇宙中最簡單的宏觀物體。GW250114碰撞產生的“振鈴”的詳細程度意味著科學家可以自信地說，最終的物體與愛因斯坦廣義相對論預測的黑洞一致，Berti說這是“非常令人興奮的”。 英國南安普頓大學的數學物理學教授Leor Barack也沒有參與這項研究，他指出，在LIGO記錄的300多個黑洞合并事件中，最新的一個“特別引人注目”，并稱這項新研究是一項期待已久的分析。巴拉克補充說，當殘余黑洞最終形成時，科學家們能夠提取出其中的兩種“純音”。 “除了主音之外，這第一次包括了第一個'泛音’的清晰提取，一個振鈴孔的微弱和諧的聲音，”他說。"這種測試是迄今為止最精確的，遠遠超過其他測試。" 智利安德烈斯·貝洛大學天體物理研究所助理教授馬卡雷納·拉戈斯說，這項研究代表了引力波天文學的一個重要里程碑。拉各斯也沒有參與這項工作。 https://ef7e955ee340e7641deece66df2b8ff4.safeframe./safeframe/1-0-45/html/container.html 她同意在“振鈴”黑洞中檢測到第二個音調特別重要，并補充說GW250114證明了LIGO正在進行的改進的成功，并表明引力波檢測可以以前所未有的方式測試基礎物理。 拉各斯在一封電子郵件中說，“雖然目前的重力測試仍有很大的不確定性，但這項工作為未來的探測奠定了基礎”，預計未來幾年的質量會更好。"這些未來的觀測有望為我們對時空和重力的理解提供更精確的測試." |
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