2017年諾貝爾物理學獎》宇宙奧祕「重力波」觀測三傑獲殊榮

閻紀宇
風傳媒

2017年諾貝爾物理學獎3日在瑞典首都斯德哥爾摩揭曉,由德國學者韋斯 (Rainer Weiss)、美國學者巴瑞許(Barry C. Barish)、美國學者索恩(Kip S. Thorne)共享殊榮,得獎理由是「對於雷射干涉重力波天文台(LIGO)以及重力波(gravitational waves)觀測做出決定性的貢獻」(for decisive contributions to the LIGO detector and the observation of gravitational waves)。

韋斯將得到900萬瑞典克朗(約新台幣3300萬元)獎金的一半,另一半由巴瑞許與索恩均分。

瑞典皇家科學院(Kungliga Vetenskapsakademien)指出,早在100年前物理學大師愛因斯坦(Albert Einstein)就以理論預言自然界有所謂的「重力波」,但是人類始終與它緣慳一面。一直到2015年9月14日,拜13億光年外兩個黑洞(black hole)相互撞擊之賜,世人終於首度觀測到並證實重力波的存在,立下大功的正是位於美國的「雷射干涉重力波天文台」,而今年的3位得主對此都做出重大貢獻。

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簡而言之,重力波是一種「時空曲率的漣漪」(ripples in the curvature of spacetime),以波的形式從源頭向外以光速傳播,並以重力輻射的形式傳遞能量。物體質量越大,重力波的效應越顯著,越容易被探測到。

經過浩瀚宇宙傳到地球的重力波訊號已經極度微弱,但仍然為天體物理學帶來革命性的進展。對於黑洞撞擊這類宇宙中最激烈、最壯觀的事件,重力波提供了一種全新的觀測方式,並且將持續拓展人類知識的邊疆。

LIGO是一個大型的跨國合作研究計畫,匯集來自20多個國家的1000多位研究人員。今年3位得主韋斯、巴瑞許與索恩高瞻遠矚,並以其熱情和決心全力推動LIGO計畫完成,並且在2015年觀測到重力波,讓40年的努力沒有白費,3位科學家的貢獻難以衡量。

1970年代中期,韋斯針對天文觀測時會造成干擾的背景雜訊,分析其可能的來源,並開始設計一種能夠克服這些雜訊的觀測用雷射干涉儀(laser-based interferometer)。他與索恩從一開始就深信,重力波是可以觀測到的,而且將使我們對宇宙的理解突飛猛進。

2017年諾貝爾物理學獎,三名美國學者因首度觀測到「重力波」獲獎。
2017年諾貝爾物理學獎,三名美國學者因首度觀測到「重力波」獲獎。

2017年諾貝爾物理學獎,三名美國學者因首度觀測到「重力波」獲獎。

2017年諾貝爾物理學獎,三名美國學者因首度觀測到「重力波」獲獎。
2017年諾貝爾物理學獎,三名美國學者因首度觀測到「重力波」獲獎。

2017年諾貝爾物理學獎,三名美國學者因首度觀測到「重力波」獲獎。

就如愛因斯坦在廣義相對論(general theory of relativity)的描述,重力波以光速傳播,充塞宇宙。從原地旋轉的滑冰選手到相互繞行的黑洞,任何加速中的質量都會產生重力波。

2017年諾貝爾物理學獎,三名美國學者因首度觀測到「重力波」獲獎。
2017年諾貝爾物理學獎,三名美國學者因首度觀測到「重力波」獲獎。

2017年諾貝爾物理學獎,三名美國學者因首度觀測到「重力波」獲獎。

愛因斯坦曾經悲觀預言,人類恐怕永遠無法觀測到極度微弱的重力波。不過LIGO計畫使用一對巨大的雷射干涉儀,對於變化的測量精度可以達到原子核直徑的數千分之一,於是讓通過地球的重力波無所遁形。

為了觀測宇宙,人類無所不用其極,各種電磁波與基本粒子都派得上用場。然而,重力波是「時空擾動」(disruptions in spacetime)獨一無二的直接呈現,對科學家而言是全新的體驗,開啟前所未見的領域。偵測重力波,解讀其訊息,這將是一座充滿新發現的寶藏。

2017年諾貝爾物理學獎得主簡歷:

韋斯(Rainer Weiss),現年85歲,生於德國柏林(Berlin),美國麻省理工學院(MIT)博士,目前是麻省理工學院物理學教授。

巴瑞許(Barry C. Barish),現年81歲,生於美國奧瑪哈(Omaha),加州大學柏克萊分校(UC Berkeley)博士,目前是加州理工學院(Caltech)物理學講座教授。

索恩(Kip S. Thorne),現年77歲,生於美國洛干(Logan),普林斯頓大學(Princeton University)博士,目前是加州理工學院物理學講座教授。

2017年諾貝爾獎6大獎項,得主與揭曉時間(台灣時間)如下:

生理學或醫學獎:霍爾(Jeffrey C. Hall)、羅斯巴赫(Michael Rosbash)、楊格(Michael W. Young)

物理學獎:韋斯 (Rainer Weiss)、巴瑞許(Barry C. Barish)、索恩(Kip S. Thorne)

化學獎:10月4日(星期三)下午5時45分

文學獎:10月5日(星期四)傍晚7時

和平獎:10月6日(星期五)下午5時

經濟學獎:10月9日(星期一)下午5時45分

去年2016年諾貝爾物理學獎得主是3位英國科學家圖勒斯(David J. Thouless)、哈爾丹(F. Duncan M. Haldane)與寇斯特利茲(J. Michael Kosterlitz)共享殊榮,得獎理由是他們「關於物質拓樸相變與拓樸相的理論發現」對材料科學、電子學、量子電腦(quantum computer)貢獻良多。


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