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天文物理的大挑戰:神祕的重力波在哪裡?

根據愛因斯坦的廣義相對論,如中子星或黑洞等緻密物體變形時,會動態改變時空之扭曲並以光速傳播出去,此種時空扭曲之傳播即為重力波。
 
 
 
根據愛因斯坦的廣義相對論,如中子星或黑洞等緻密物體變形時,會動態改變時空之扭曲並以光速傳播出去,此種時空扭曲之傳播即為重力波,自古以來千千萬萬科學家都想搜尋與證實重力波的存在。重力波的量測概念,可將地球表面想像成一橡皮膜,當有波動通過這個橡皮膜時,橡皮膜上的任兩點之相對位置會產生變化。然而,在宇宙中兩個中子星或黑洞對撞所形成之重力波,其造成地球上各處相對距離之改變頂多僅有,以最新觀測設備雷射干涉重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)之雙臂而言,這樣的變化小於一個質子直徑的千分之一;如果想像成人的毛髮直徑為地球直徑,則質子大約跟跳蚤一般大小。由此可知,重力波之偵測是十分困難的。

近年威斯康星大學密爾沃基分校利用柏克萊開放式網路計算平台(Berkeley Open Infrastructure for Network Computing)主辦一個分布式計算項目稱為Einstein@Home。此計畫透過蒐集計算來自LIGO天文台和位於德國的GEO 600重力波天文台的數據,希望從這些觀測數據找尋能夠證明廣義相對論中重力波存在之證據。從重力波探測器發展鼻祖Joseph Weber開始於重力波偵測器之研究以來已經大約半個世紀,雖然1993年諾貝爾物理獎得主Joseph Hooton Taylor 和Russell Hulse因透過對脈衝星雙星系統PSR B1913+16之觀測間接證明重力波之存在而戴上諾貝爾獎桂冠,但仍未成功直接從觀測資料探測到重力波,這五十年來,數以百計的優秀實驗物理學家致力於改善重力波偵測器之靈敏度,亦有無數理論學家殫思竭慮要從觀測資料找尋重力波的影子。現Einstein@Home計畫的加入,透過大型計算各地探測器收集的數據,相信在不久的未來,應該能夠從觀測數據獲得更多的資訊,讓大家更有機會了解宇宙誕生的初始樣貌。

參考資料
  1. 游輝樟(2004)重力波偵測,物理雙月刊26(5),695-702。
  2. Gravitational Wave, Wiki, http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave
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