打开认识宇宙的新窗口

「宇宙的95%是黑暗的,不会发光,是现代物理学面临的重大挑战。」中大物理系副教授黎冠峰说。黎教授在发现重力波上贡献良多,他说:「当我们抬头仰望穹苍,只能看见一片黑暗。或许能看到其现象,却未能看清其本体。」

黎教授与Hannuksela Otto Akseli教授一同带领中大重力波研究小组,揭示和诠释重力波的隐藏讯息,打开认识宇宙的新窗口。

黎冠峰教授摄于位于路易斯安那州列文斯顿的LIGO探测站内控制室(受访者提供)

重力波是时空的涟漪,由任何有质量的物体在时空中加速运动时产生。它们十分微弱,需要大规模的机制方可侦测。爱因斯坦的理论预测重力波的存在,却认为它们太微弱,几乎不可能侦测。今天,科技进步推翻百年前的「不可能」。2015年,一对激光干涉仪重力波观测站(LIGO)首次探测到重力波。

黎教授带领香港唯一参与LIGO工作的小组进行研究。「LIGO探测器和室女座(Virgo)干涉仪呈『L』形,能测量一些我们认为难以探测的东西。利用先进的探测器成功侦测重力波是个物理突破,能够测量时空中的微小变化。研究实验与世界各地超过80所院校合作,证明人类跨越国界、语言和文化的合作,能够取得前所未有的突破。」

位于路易斯安那州列文斯顿的LIGO探测站(相片来源: LIGO Laboratory)

聆听宇宙的声音

研究的另一难关,在于区分重力波的声音与一般声音。黎教授说:「我们花了不少时间,尝试探索重力波的源头及进行计算,希望了解当中的独特信息。」2015年,科学家有史以来首次探测到来自遥远宇宙中两个黑洞相撞而成的时空结构涟漪,取得重大突破。「加入中大的第一天,是重力波线索出现的日子。这次探测开拓了观察宇宙的新视角,彻底改变了人类对宇宙物质的研究。」

黎教授说:「探索宇宙一直是人类多年来从未放弃的梦想。」重力波让科学家以全新方法深入观察宇宙,打破传统天文学的限制。「爱因斯坦的广义相对论,即重力波背后的理论,是我认为最美好的物理理论之一。通过研究这个看似神秘和深奥的领域,我希望推动下一代进行STEM科学研究。」

LIGO直接探测到两个黑洞在合并时所产生的重力波(相片来源:Georgia Tech Visualizations)

诠释宇宙的讯息

发现重力波后,中大团队现正努力解释当中隐藏的有趣讯息。「目前的挑战在于从大面积观察宇宙,绘制当中的内容。我们希望提取一些带有额外信息的讯号。」团队正在研究重力透镜,当中的讯号被源头和观察者之间的一个庞大物体引致变形。透过把它从讯号中分离出来,我们对宇宙的认知可以超越探测器上显示的内容。

黎教授说:「重力波是我们进一步认识宇宙的途径,当中还有很多尚待发掘的东西。在人类未来的恒久岁月里,深信重力波可以扩阔我们对宇宙的认知。」

文:Gillian Cheng
摄:LCT

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