科学发现的延续和传承

2021年6月29日，位于美国、意大利和日本三个引力波观测台的联合科学团队在《天体物理学杂志快报》发表了一项合作研究成果，天文学家和物理学家组成的合作团队首次通过引力波的观测手段发现了两例黑洞和中子星的碰撞与合并事件——GW200105和GW200115。6年前的2015年9月，科学团队通过双黑洞的合并事件——GW150941首次发现了爱因斯坦在一百年前预言的引力波；2017年8月，通过双中子星的合并事件——GW170917再次发现了引力波；6年后的2021年6月，科学团队通过黑洞和中子星的合并事件已多次发现了引力波。“引力波物理学”和“引力波天文学”符合科学哲学等效关系的互补原理或互补关系的等效原理，既可以通过不同类型的大质量天体合并事件发现引力波信号，也可以通过引力波信号发现不同类型的大质量天体。

2020年1月5日，LIGO引力波双观测台的一个处于维修状态，另一个探测到了引力波事件GW200105，LIGO科学团队经过模型分析确认，一个相当于8.9倍太阳质量的黑洞和一个相当于1.9倍太阳质量的中子星在距离地球9亿光年外的空域发生了合并。2020年1月15日，LIGO双探测器和Virgo单探测器同时发现了引力波事件GW200115，联合科学团队经过模型分析确认，一个相当于5.7倍太阳质量的黑洞和一个相当于1.5倍太阳质量的中子星在距离地球10亿光年外的空域发生了合并。天文望远镜没有在两起引力波事件的引力源处发现对应的电磁信号，科学团队的成员解释说，黑洞的质量通常比中子星大很多，黑洞在一次性吞噬中子星的过程没有留下电磁信号的任何痕迹。在引力波天文台发现了引力波信号之后，多波段电磁观测的望远镜没有在相应的引力波源处发现任何电磁信号。国际合作团队计划从2022年启动第四轮引力波探测，预计将会发现更多的引力波事件。

双中子星系占到了天文学家已探明的中子星数量的10%，双中子星在相互高速绕转中释放了引力辐射，在消耗角动量旋转动能的过程中逐渐地彼此靠近，在经过漫长时间释放引力波的过程中最终发生惊天动地的合并事件。天体物理学家最早通过观测双中子星相互靠近的旋转轨迹间接地发现了引力辐射的载体——引力波的存在，通过双中子星的合并事件间接和直接地发现了理论预言的引力波，直接和间接的两种发现方式符合科学哲学价值论的等效原理，天体物理学家迄今由于对引力波的一次间接发现和一次直接发现而获得了两次诺贝尔物理学奖。

双中子星的合并事件与双黑洞合并事件、一个黑洞和一个中子星的合并事件有所不同，三种类型的大质量天体合并事件都发出了引力力，双中子星的合并事件额外发出了电磁波，中子星的相互碰撞产生了强烈的X射线和伽玛射线辐射，合成了包括金和铀在内的原子序数超过铁以上的重金属元素。2017年10月，LIGO和 Virgo引力波天文台、欧洲南方天文台和南京紫金山天文台等70多家天文台联合发布了重大成果：他们从1.3亿光年外的一次双中子星合并事件中发现了引力波和光学对应体的电磁波，其中的费米太空望远镜观测了波源的伽玛射线，钱德拉太空望远镜观测了X射线，欧洲南方台的甚大望远镜和哈勃太空望远镜以光学和红外线波段进行了观测，阿塔卡玛射电望远镜在毫米和亚毫米波段进行了观测。中国的首颗空间X射线天文卫星——慧眼HXMT望远镜和中国南极昆仑站南极巡天望远镜AST3—2分别检测到了引力波源对应的电磁波信号。

通过黑洞的合并和黑洞呑没大质量天体的事件发现了引力波信号，通过引力波信号发现黑洞的合并和黑洞呑没大质量天体的事件，两种发现过程符合科学哲学双向论的等效原理。从2015年第一次发现引力波、三位引力波团队的创始人由此获得了2017年物理诺奖以来，LIGO和Virgo的合作团队到目前为止已发现了10多个黑洞。第一位预言引力波的爱因斯坦没有见证引力波的发现，无缘再获物理学诺贝尔奖，第一位预言黑洞的卡尔-史瓦西没有见证黑洞的发现，铁定无缘获得诺贝尔物理学奖。德国天文学家史瓦西是一位求解爱因斯坦场方程的数学奇才，1913年当选德国科学院院士，1914年走上第一次世界大战的前线，炮兵上尉史瓦西在俄国的战场前线一边计算弹道，一边求解爱因斯坦在1915年发表的引力场方程。

爰氏曾认为有16个变量的方程组无解或无精确的解，而史瓦西在炮火连天的战壕求出了场方程的精确解，他预言了“黑洞”的奇点和任何物体变成黑洞时的临界半径或“史瓦西半径”，他在严寒的前线患上了伤口感染，送回家中不到两个月死去。人们现在广为谈论的黑洞、奇点和视界并不是英国科学家彭罗斯和霍金首先提出的。2020年10月，89岁高龄的彭罗斯在霍金去世后单独获得了当年的物理诺奖，以表彰他发现了黑洞的形成是广义相对论预言的结果，在黑洞物理学领域作出贡献的德国天体物理学家根策尔和美国天文学家盖玆同时获奖。科学人物彭罗斯比霍金年长11岁，两个开展了伟大友谊的长期合作，彭罗斯在数学和物理学、人工智能、科学哲学等领域都有深入的研究。彭罗斯的获奖、霍金的天体物理学成就都离不开爱因斯坦和史瓦西的理论贡献和科学预言。