※ [本文转录自 Gossiping 看板 #1J9vg6vO ] 作者: ijsfkira (ijsfkira) 看板: Gossiping 标题: Re: [问卦] 等等哈佛大学 要现场直播 宣布找到重力波的证据 时间: Tue Mar 18 08:59:48 2014 既然有人要我写...我就献个丑吧 今天看了一个下午的相关新闻 和许多部落格讨论(国外有很多专业的物理学家部落格...这点台湾就很不如了) 有了一些很粗浅的理解 不过我不搞这个 以前到现在也没碰过太多宇宙学... 我比各位好一点的地方 大概只有一点广相的知识 还有一点最基本的爆胀理论 所以有甚麽错误或说不好的地方 首先请乡民们别鞭得太用力 再来就是希望有真的搞宇宙学的先进指点与纠正 爱因斯坦在距今将近一百年前提出了广义相对论 广义相对论有它很深刻物理上的motivation 让我在这里稍微简单解释一下 首先 狭义相对论告诉了你 不同"惯性座标"的观测者 会对事件发生的时间 位置 动量 能量 等各种动力学物理量有不同的判断 但是 当你在重力场的时候 一切会变得有点微妙 例如说 在重力场上不同高度的人"可能"会对於时间的快慢有不同的认知 虽然本来就没人要求狭义相对论在重力场下也要对 但爱因斯坦就是这种偏执狂 於是 爱因斯坦花了好几年的时间 终於想到了一个听起来很智障但其实很深刻的原理 我举一个例子来描述 假设你人在一个封闭的电梯里 你当然可以体会到重力的作用 例如你把东西放开 它就会自动落下 但假如现在这个电梯往下加速一个重力加速度(意思就是...这个电梯的绳子断了...) 那在电梯的局域观测者 是不是就区分不了重力造成的任何影响了? 因为你会发现你把东西放开後 你看到的物体是不动的 这就是所谓的等效原理 於是 你可以想像 虽然重力场是不均匀的 但是"局域"来说 你可以用一个自由落体的加速度座标来消除局域的重力场 而在这个局域座标 你就好像是在惯性座标中一样 你可以用狭义相对论来解释附近的现象 但是由於每个不同的位置上 需要用不同的加速度座标 因此 从数学上来看 这就好像一整个时空是"弯曲"的 (如果懂一点微分几何的人大概就更能体会这段话的意思 因为所谓的"弯曲" 指的就是怎麽指定在不同点量长度的方法) 爱因斯坦就是从这个motivation出发 "猜出"引力场的方程式到底是甚麽 整个图像 就是所谓的: 物质影响了时空的弯曲 而时空的弯曲 决定了物体的移动 (如果你前面看不懂 至少看懂这句话也就够了) 在广义相对论的数学图像里 首先你就可以自然想到 既然物质会影响时空弯曲 是不是有可能物质的移动会像涟漪一样 对时空造成像波一样的结构呢? 这就是所谓的重力波 然而由於效应实在太小了 据我所知 至今为止然仍没有最"直接"观测到的证据 同时 从爱因斯坦的方程式 我们会发现很多有趣的 以前没想过的物理 像是黑洞 虫洞等等时空结构 或者 宇宙"可能"是有起源的 以及 宇宙到底是还是膨胀或收缩的 但是 到底实际情况是怎样 需要各种实验来决定 像是哈伯发现了宇宙似乎正在膨胀 (而後来的物理学家 更发现在"加速"膨胀) 宇宙背景辐射(CMB)则发现了整个宇宙有一个很均匀的辐射分布 这都在暗示着 似乎宇宙是有起源的 CMB这种均匀分布 是相当奇怪的事 因为宇宙这麽大 随便一个胀落应该就会有很大的影响 我们还发现到一件事 就是宇宙除了少部分的星体周围以外 其实结构相当的平坦 A.Guth和A.Linde等人 提出了所谓的inflation theory 解释了这些现象 (当然爆胀理论还尝试解释很多东西 像是为什麽观测不到磁单极 等等) 爆胀理论是说 一开始的宇宙 有一种很特别的物质 这个物质具有一个很特别的位能形式 由於这个特别的物质和特别的位能 因而造成宇宙以指数的形式随时间快速膨胀 因此 由於宇宙一开始的膨胀实在太快了 一开始宇宙爆胀时的涨落就在这段时间被抹平了 但是 这个模型实在太阳春了 只是个现象学式的模型 因此 至今为止 无论是那个所谓的"不知名物质"是甚麽 或者是爆胀的各种不同的详细机制 都早已有(并将会持续有)很多的研究了 值得注意的是 这个爆胀理论虽然告诉你CMB会是很均匀的 但是我们知道 量子力学告诉我们 无论怎样都会有扰动 何况我们当然知道也观测到CMB不可能百分之百均匀 那麽 从爆涨理论的角度来看 既然一开始的能量不均匀早就被爆胀所抹平了 剩下的所看到的不均匀不就是来自於量子效应吗? 并且 由於爆胀将空间拉大 这些微小的扰动反而才能被宏观的看到 CMB看到的辐射分布 就是来自於这些早期的量子涨落效应 因此 CMB的能量分布的微小扰动 反而能告诉我们很多早期宇宙极高能量下的量子效应资讯 这也是为什麽 要建更多更高解析度的仪器研究CMB的原因 去年的Planck 就是这样的一个仪器 那麽 关於今天的实验: 1.首先 它到底测量到甚麽呢? 答案是 同样的 在一般的爆胀理论 重力场在那样的高能下 也会产生量子涨落 造成重力波 (当然他也会产生像CMB一样的背景 但我们无法直接观测到这个背景分布 如果能够观测到 对於宇宙学一定会产生很多实际影响) 并且 CMB的辐射 在通过这些重力波的时候会被影响到 然而 必须注意的是 一般物质也会影响到CMB 粗略地来说 CMB可以分成两种类型的极化分量 B跟E mode 重力波只会造成B mode的极化 但很多原因都有可能造成这B跟E 因此你必须排除各种可能性 才能确定是否有统计上的证据 确定到底你观察到的B mode到底是来自於甚麽原因 而今天这个实验 就是排除了很多的原因 宣布了他们观测到了CMB的B mode 所以简单的说 这个实验并不是直接用某个仪器来观测重力波的影响 (有实验是在作这个的 叫做LIGO) 而是观测到CMB的某个会由重力波产生的极化分量 并说他们已经排出了其他原因 这是就是来自於早期宇宙造成的重力波的影响 2. 它到底重要在哪? 这点就真的要请专家来解释 因为inflation的模型真的太多了 早期宇宙也有很多物理我不了解 至少就我的理解 首先 由於大爆胀的尺度很高 在这种尺度下 重力的量子效应可能会展现 (就例如像上面说的 爆胀理论下 这个重力波就是由量子效应产生的) 因此 藉由观测到这种现象 将会是一个很好研究量子重力论的窗口 特别是今天的这个实验 也确定爆胀发生的尺度可能是普朗克尺度的1/100而已 更重要的是 今天的结果有点大的超乎大家的预期 以至於相当多的模型都可能会要被修正或抛弃 对於理论的影响 还要一段时间才会见分晓 3. 它到底可不可信? 这就是现在不少人所在怀疑的 虽然统计上的确有这麽强的重力波 然而 这种实验太精细了 有很多出错的可能性 并且 既然这麽强 为什麽去年Planck的CMB结果竟然没有? (虽然这次的结果还在Planck的误差范围 但是可以说几乎是在边缘) 类似的实验组还有很多 因此如果这是真的 那麽相信过不了多久 一定有别的实验组会有同样的结果 况且 宇宙学的模型很多种 并且 各种可能性都有 相信这种B mode的由来是其他非主流理论的可能性 也不能够百分之百被排除吧 到底这会对物理学有甚麽具体影响 就要等一段时间才能见分晓吧 真的要说 从LHC到现在 以及去年的Planck 虽然外人不知道...但其实很多的实验结果都是粒子或宇宙学标准模型的胜利 这次的这个结果 实在是少数一个可以说是new physics的结果(如果是对的) 因此从网路上 很明显可以看出不少物理人的少见的欣喜和激动 宇宙学经过了很长久的时间才慢慢发展成可以好好讨论 量化 预测 并与现像比对的领域 现在已经是相当主流的研究领域了 除了CMB以外 暗物质和暗能量也是相当热络的研究主题 只是...至於之後到底会有甚麽影响与发展 就有待於各位乡民们未来的努力和关注了 这是一个很让人兴奋的领域 但在下真的不是作这方面的XD --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ◆ From: 128.42.92.171 别这样 板风的改进可以从你我开始做起... 只是大家上网上太多了就会很容易说话变酸... ※ 编辑: ijsfkira 来自: 128.42.92.171 (03/18 09:10) ※ 编辑: ijsfkira 来自: 128.42.92.171 (03/18 09:11) ※ 编辑: ijsfkira 来自: 128.42.92.171 (03/18 09:14) ※ 编辑: ijsfkira 来自: 128.42.92.171 (03/18 09:17) 其实看不懂还不会影响全文 我只是私心想加个解释 局域指的是 你可以想像 重力场是不均匀的 因此你找不到一个加速度座标消除所有的重力场 但是一个很小的范围内 重力场是均匀的 因此至少这个范围内可以做得到 ※ 编辑: ijsfkira 来自: 128.42.92.171 (03/18 09:28) 我觉得首先大家不必强求看懂 毕竟我也没有绝对懂 重要的是 有一个价值判断的图像 能够大概知道这个物理是有多重要 多确实 多深远 因为有时候 有些物理新闻的重要性或可信度其实是骗人的 但多数人还是会被听起来很玄很酷炫的东西吸引 但这些东西可能在物理上却根本不promising ※ 编辑: ijsfkira 来自: 128.42.92.171 (03/18 09:30) ※ 编辑: ijsfkira 来自: 128.42.92.171 (03/18 09:31)

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ※ 转录者: NoPTT (60.248.156.43), 时间: 03/18/2014 11:54:53