人类首探引力波 这个大新闻到底说了啥？
人类首探引力波 这个大新闻到底说了啥？
关键词：人类首探引力波 引力波 激光干涉
[提要]2月11日，加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台（ＬＩＧＯ）”的研究人员当天在华盛顿举行记者会，他们探测到引力波的存在。引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。这是美国路易斯安那州利文...
2月11日，加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台（ＬＩＧＯ）”的研究人员当天在华盛顿举行记者会，他们探测到引力波的存在。引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。这是美国路易斯安那州利文斯顿市的激光干涉引力波天文台的资料照片。 新华社发
当地时间日，美国华盛顿，美国科研人员11日宣布，他们利用激光干涉引力波天文台（LIGO）于去年9月首次探测到引力波，证实了爱因斯坦100年前所做的预测。“我们发现了引力波！我们做到了！” 北京时间日23:40左右，激光干涉引力波天文台（LIGO）负责人、加州理工学院教授David Reitze宣布，LIGO发现了引力波。“知识分子”邀请德国马普引力物理所、清华大学博士后、LIGO科学合作组织成员胡一鸣对引力波探测进行解读。本文来自微信公众号：知识分子（The-Intellectual），作者：胡一鸣，原文标题：《LIGO发现引力波：人类从此拥有新的宇宙感知力》LIGO负责人、加州理工学院教授David Reitze宣布，LIGO发现了引力波。视频来源：LIGO新闻发布会直播海伦·凯勒自幼耳目不通，生活在无尽的黑暗与寂静中。她体会到视听感官被剥夺的痛苦，所以更加珍惜生命的可贵，写下了传世之作《假如给我三天光明》，感动无数人。然而，谁又能想到，其实人类在面对浩瀚的宇宙时，从来都是只能远观而不可聆听。望远镜越来越大越来越灵敏，却仅仅让天文学家“目明”而不能“耳聪”。人类认识的宇宙，一直是一片寂静。日，一个不管怎么看都十分平常的日子。然而在后世的历史中，一定会如此记载：这一天，人类认识宇宙，又多了一种新的武器。从此，人类不再只用眼睛去看，面对宇宙，更是洗耳恭听。这一切，仅仅是因为两个叫做高新激光干涉引力波天文台的引力波探测器，在一个宁静的夏夜，搜寻到了一阵时空的涟漪。随之载入史册的，也有这串涟漪的名字：GW150914，在日探测到的引力波（GW）。当然，在后世的考古学家考据这段历史时，也许早就记不清，这是在十几亿光年外，两个分别为29倍太阳质量和36倍太阳质量的超恒星级黑洞并合产生的信号；也大概不会记得并合发生在北京时间下午5：51；或许早就已经忘却，这个信号在从20Hz跃升到150Hz的并合频率时只用了不到0.2秒的时间；更甚至，连它是来自南天球这一点都会被湮没在历史的尘埃中；脑洞开得再大一点，也许未来的科学家早就用更高效的方法探测或产生引力波，以至于用激光干涉探测引力波这样的想法显得如同史前时代一般。然而，他们一定会仔细玩味，人类首次直接探测引力波信号的那一年，恰恰是爱因斯坦发表广义相对论的一百周年整；而宣布这一探测的年份，又恰恰是爱因斯坦根据广义相对论推导得出引力波的一百周年。LIGO汉福德（H1，左）和利文斯顿（L1，右）探测器所观测到的GW150914引力波事件。该图展示了在两个LIGO探测器中观测到的由该事件产生的引力波“应变”（见下文）如何随时间（秒）和频率（赫兹）变化。两个图均显示了GW150914的频率在0.2秒内从35赫兹迅速增加到150赫兹。GW150914先到达L1，随后到达H1，前后相差千分之七秒，该时间差与光或者引力波在两个探测器之间传播的时间一致（版权：LSC/Virgo collaboration）引力波——跨越百年的追寻1915年，爱因斯坦用那美妙的场方程道出了引力的奥秘——时空命令物质如何运动，而物质引导时空如何弯曲。爱因斯坦很自然地就联想到，当物质在时空中运动时，时空会如何随之改变呢？很快，他就得到了一个他称之为引力波的数学解。当一列引力波向你迎面走来时，你会忽而又高又瘦，忽而又矮又胖，并且循环往复——当然，这个变化实在是非常的微小，所以爱因斯坦很快就断言，引力波无法被探测到。当一列线性偏振的引力波向你迎面走来时，你周围的时空会不断压缩——拉伸——压缩——拉伸，循环往复（图片版权：马普引力所）广义相对论还预言出各种千奇百怪的东西来，最有名的大概就属黑洞了。爱因斯坦对于黑洞很是花了一番时间研究，然而对于他而言，这些研究就好像是报纸上的趣味问答，好玩，有趣，有着智力的挑战，但同时也没有任何实际意义。自始至终，爱因斯坦从来没有正儿八经地相信过在真实的宇宙里会存在黑洞这样的东西。通过比较由数据重构的引力波应变（以在汉福德的H1探测器所接收的应变为例）和由广义相对论计算得出的在旋进、并合和铃宕三个过程的最佳匹配波形，得出的关于GW150914的一些关键结论。图片下方展示了两个黑洞的间距和相对速度随时间演化的过程。（版权：LSC/Virgo collaboration）GW150914却恰恰以5个标准差以上的显著水平确认GW150914是一个真实的信号。上面的图片意味着，两个黑洞在并合前——也就是引力波的频率差不多达到150赫兹时——相距仅仅几百公里。在这么大的质量下靠这么近还能不发生并合的，只有黑洞了。正如马克斯·普朗克引力物理研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所）的所长布鲁斯·艾伦（Bruce Allen）所说，“爱因斯坦当初认为引力波太过微弱而无法探测，并且他从未相信过黑洞的存在。不过，我想他并不介意自己在这些问题上弄错了。”在广义相对论提出之后一个世纪，它的几个重要预言意义得到了认证。即使在黑洞并合这样极强的引力场条件下，观测得到的引力波演化也和广义相对论的预言高度吻合。在现代物理学里，很少能看到这样一个理论经历百年风雨依然屹立不倒了。对双星并合信号的搜索，定量地显示了同噪声起伏产生的背景相比，GW150914是多么地罕见。这一搜索可以断定由噪声伪装成GW50914是极端罕见的——少于每两万年一次——这一数值等同于高于五倍标准差的探测显著性。众里寻他千百度悄悄的我走了，正如我悄悄的来；我挥一挥衣袖，不带走一片云彩。引力波，便是这样，来无影，去无踪。它就好像是铁掌水上漂的轻功高手，纵使自身携带着巨大的能量，也能做到踏沙无痕。正因为此，引力波的测量才如此困难，困扰着一代又一代的物理学家。这个原因还得从引力的性质说起。对初中物理万有引力公式稍作回忆，就可以想起所谓的万有引力常数G，其数值是：这一极其微小的数字意味着，相比其他三种基本作用力（强力，弱力，电磁力），引力实在是太微弱了。我们不妨把时空想象成一根弹簧，时空中的质量变化会导致弹簧的伸缩。但是由于引力常数太过微小，所以时空这根弹簧非常之硬，以至于其改变量极难察觉。即使施加巨大的能量也仅仅能够改变分毫。这是引力波的极大的优点，却恰恰也是引力波最大的缺点。说它是优点，是因为它极少与物质相互作用，所以阻隔得再厚的墙壁在引力波面前都如同透明一般。反观传统意义上的天文观测手段，一般都使用不同光子作为观测媒介。而光子却很容易与物质发生相互作用。举个例子，太阳核心区域发出的光子在太阳内部不断地被吸收——辐射——吸收——辐射，平均来说，需要花上一百万年时间才能走到太阳表面。所以，当我们观测到来自太阳表面的光子时，我们是没有任何办法直接探究太阳中心的情形的。引力波则不然，它率性至极，一旦产生，便乘兴而来，似乎什么都阻挡不住它的步伐，因此它包含着源的中心区域最核心的信息。可是，引力波的“率性”是一把双刃剑，在带来核心信息的同时，也让探测极为困难。目前的LIGO干涉仪由两条分别长达四公里并且互相垂直的干涉臂构成。沿着每条臂传播的激光束在末端反光镜（悬挂的测试质量）处被反射。当引力波经过时，时空的伸缩导致一条臂长变长的同时另一条臂长变短。当两条臂的长度变得不同时，激光束在两臂传播时间不再相同，也就是说两束激光束的相位不再同步，于是所谓的干涉条纹产生了。经过数年升级工作的高新LIGO，能检测出引力波所引起的小于质子直径万分之一尺度的变化量来。高新LIGO探测器简化示意图（未按比例显示），对基本设计的主要改进包括：一个光学谐振腔，使激光在单臂中来回反射多次，以加强引力波在激光相位上产生的影响；一个功率循环镜，将干涉仪中的激光功率大幅提高；一个信号循环镜，进一步优化从光电探测器中提取的信号。这些改进使得激光功率在光学谐振腔中增强了5000倍，并且延长了信号在干涉仪中循环的时间。图(a) 显示了两个LIGO探测器的地理位置和方位，以及光在它们之间传播所需的时间。图(b) 展示了在GW150914事件前后两个探测器中仪器噪声与频率的关系。仪器噪声越低，探测器对引力波的灵敏度越高。图中的尖峰表示该窄带频率处有很强的仪器噪声。（版权：LSC/Virgo Collaboratiom）再看一下这一次探测到的GW150914，其释放出的峰值功率要比可观测宇宙中所有星系的光度总和的十倍还要多，如此巨大的能量意味着双黑洞系统在短短的一秒钟之内将重达3倍太阳质量（也就是大约六百万亿亿亿千克）的物质通过质能方程E=mc 2转化成了巨大的能量。要知道，太阳——这对人类而言无比巨大的能量源——每秒钟也不过是吧40亿千克的物质转化为能量。两相比较，可谓悬殊巨大！如果并合过程中释放的所有能量以可见光的形式辐射出来，那么即便它发生在10多亿光年之外，它仍将在一瞬间比满月更耀眼！可是如此巨大的能量，在经过地球时，却仅仅耗散了10负17次方焦耳的能量，相当于一个X射线光子的能量。纵是弱水三千，我只能取一瓢饮之，引力波的探测之难，亦不难想见。引力波探测，是终点，更是起点引力波的探测，是长达一个世纪物理学家梦幻的达成，是上千科学家数十年辛勤付出的回报，它意味着一个终点。但同时，它更是一个起点。第一次直接探测引力波，仅仅是一个伟大时代的开端。引力波的意义，不仅仅是验证广义相对论，更对天文探测起着无比重要的作用。比如说，在正式运行之前，几乎没有人会相信第一个探测到的引力波信号会是双黑洞并合，而且是质量如此之大的黑洞双星。通过这一次观测，我们知道了数十倍太阳质量的黑洞是可以存在的，这意味着其前身星必定金属含量比较低，同时星风比较弱。我们还可以限制这类事件的发生率，并且预测下一次科学运行时能有多少个探测结果。这一切，都无法通过传统的电磁波天文学得到。事实上，引力波不光具备视觉所不能及的信息，其与人的听觉还有另一种异曲同工之妙：正如堵住一个耳朵，人就无法分辨声音的来源，只靠一个引力波探测器，也无法确定致密双星并合的信号。而现在测量致密双星并合信号的天空来源的方法，正如同人的听觉一样，靠到达两个耳朵的时间差，和到两个耳朵的信号的强弱比决定。因此，以地球为脑袋，引力波探测器为耳朵，LIGO的科学家们架设起了一座倾听宇宙的招风巨耳。引力波探测器通过信号到达不同探测器的时间差来确定信号的空间位置（LSC/Virgo）。一个世界的长跑接力抵达了终点，但是一个新的时代，才刚刚悄然开启。作为一个普通的科研工作者，有幸出生在这个时代，见证这一伟大的历史性突破，更重要的是亲身参与进这样的历史进程，我感到三生有幸。然而，哪怕你不是物理学家，一样可以为搜索引力波做贡献！
免责声明：本站内容来自互联网，本文仅代表原文作者个人观点，与本站无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实，对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺，请读者仅作参考，并请自行核实相关内容。如作品内容涉及版权和其它问题，请联系我们，我们将尽快处理。本站所转载的内容，其版权均由原作者和资料提供方所拥有。
12345678910
12345678910
版权所有： 我乐信息导航 All Rights Reserved 豫ICP备号引力波探测器LIGO是个什么鬼_百度知道13亿年星际旅行后，它被人类首次探测到
美国科学家宣布探测到引力波存在，爱因斯坦广义相对论中最后一个预言被验证
&&&&“引力波提供了一种人们看待宇宙的全新方式。(人类)探测到引力波的这种能力，很有可能引发天文学革命。”&&&&———&英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金&&&&“发现引力波开启了观测宇宙的一个新窗口，就像望远镜的发明或太空无线电波的发现一样。引力波天文学将成为21世纪的天文学。不仅如此，它可能还揭示了有关引力、黑洞及基本物理问题的性质的重要信息。”&&&&———美国亚利桑那州立大学物理学家劳伦斯·克劳斯&&&&“有了这一发现，我们人类将会开始不可思议的新探索：探寻宇宙扭曲的一面———&由扭曲时空生成的天体与现象。”&&&&———LIGO项目共同创始人、加州理工学院教授、《星际穿越》的科学顾问基普·托尔内&&&&爱因斯坦又对了！100年前，这位大科学家预言了引力波的存在。如同石头被丢进水里产生的波纹，引力波是一种时空涟漪。如今，这种涟漪终于被科学家发现了。&&&&美国科学家11日宣布第一次直接探测到引力波的存在。引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”，它的发现是物理学界里程碑式的重大成果。这是人类第一次能够“听”到宇宙的“声音”。&&&&倾听宇宙的“声音”&&&&在一片嘈杂的背景噪音中，一声“噗”的清脆声响，如水滴落水，持续时间短暂得不到1秒，这正是由引力波转化成的宇宙之声。当天在华盛顿召开的记者会上，美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)科学家现场播放了来自宇宙的“声音”。&&&&这个声音源自于13亿年前一个双黑洞系统的合并。正如LIGO项目组发言人、路易斯安那州立大学物理学家加布里埃拉·冈萨雷斯所言，那时“多细胞生物才开始在地球上扩散”。合并所产生的引力波信号，经过13亿年的漫长旅行，于日抵达地球，被LIGO的两个探测器以7毫秒的时间差先后捕捉到。&&&&“我们能够‘听见’引力波，我们能够‘听见’宇宙，这是引力波最美妙的事件之一。我们将不仅‘看见’宇宙，我们还将‘倾听’它，”她在记者会上介绍。&&&&引力波是一种时空涟漪，如同石头被丢进水里产生的波纹。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。1915年，爱因斯坦发表广义相对论，并在随后几年的一些论文中预言引力波会产生于强引力场的天体事件。广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实，唯有引力波一直徘徊在科学家的“视线”之外。&&&&百年来，科学家们对引力波的探测未曾停歇，但举步维艰。直至上世纪70年代，曾有美国科学家在观测双星系统的过程中，发现引力波存在的间接证据，并因此获得1993年诺贝尔物理学奖。&&&&100年来，也不断有实验声称直接探测到了引力波，并造成过轰动效果，其中包括20世纪60年代的韦伯实验，以及2014年的BICEP实验，但后来都被证明是乌龙。&&&&引力波为何难以捕捉？&&&&引力波是非常弱的一种信号，弱到连爱因斯坦本人都曾怀疑能否建造足够灵敏的探测器，探测引力波很长一段时间内被视为“不可能完成的任务”。&&&&20世纪90年代起，大型激光干涉仪引力波探测器开始在全球范围内兴建，真正拉开了引力波探测黄金时代的序幕。&&&&美国分别在路易斯安那州利文斯顿市与华盛顿州小城汉福德市建造了两个激光干涉引力波探测器(LIGO)。LIGO拥有巨大的L形测量臂，每边各有4千米长，两端设有反射镜面。发出的一束激光沿着L形互相垂直的两边前进并被来回反射。一般情况下，激光由于干涉而互相抵消，探测器接收不到光信号，但一旦引力波经过，便会改变激光通过的距离，从而被观测到。&&&&探测引力波需要探测器具有极高的灵敏度，还需区分开来引力波信号和环境或仪器噪声。10多个国家超过1000名科学家参与了这个搜寻引力波的项目。&&&&日北京时间17点50分45秒，位于利文斯顿与汉福德的两台探测器同时观测到了后来被命名为GW150914的引力波信号。科学家们通过进一步的数据分析还证实了这是两个黑洞合并的事件。&&&&LIGO项目共同创始人、麻省理工大学教授赖纳·韦斯说：“如果我们能够把这一消息告诉给爱因斯坦，那么他的表情一定会很好玩。”&&&&在当天的记者会上，也有人问所探测到的引力波信号是不是好得过头了？LIGO项目科学家的回答是，他们花了几个月的时间进行验证，这也是为什么去年9月探测到引力波信号却拖到今天才宣布。这些科学家还相信，随着探测器灵敏度的提高，今年应该会探测到更多引力波信号。您好欢迎来到蝌蚪五线谱【】
王?：引力波探测器LIGO是个什么鬼
王?是奋战在探索深层次宇宙奥秘第一线的年轻中国学者，我们期待他参与的引力波探测事业能给我们人类文明前进带来新的推动力。
　　金庸的小说《射雕英雄传》里有一种功夫叫做&降龙十八掌&，其中有一式叫做&飞龙在天&，这当然是很厉害的招式。如果把一个&龙&字放在一个&天&字上，请问这个字怎么读？这个字的读音是yan（第三声，音同表演的&演&）。
　　王?，1984年出生在辽宁，南京大学天体物理学士，德国爱因斯坦研究所博士， Stefano Braccini Thesis Prize 奖获得者，出版斯普林格图书《First-stage LISA data processing and gravitational wave data analysis》。目前在西澳大学担任研究助理教授。
　　最近，据说美国的引力波探测器LIGO也想学NASA整个大新闻，于是蝌蚪君独家专访了引力波探测器LIGO方面的专家王?博士，向他请教了引力波探测器LIGO的一些基础知识。
　　LIGO内部有一个麦克尔逊干涉仪
　　蝌蚪君：&LIGO在美国的华盛顿汉福德（Hanford, Washington）与路易斯安娜州各有一个激光干涉仪，对吗？&
　　王?：&是的。&
　　蝌蚪君：&这些激光干涉仪工作的基本原理是什么？&
　　王?：&就是麦克尔逊干涉仪。&
　　麦克尔逊干涉仪，在历史上曾经因为验证了以太不存在，从而导致爱因斯坦提出&在惯性参考系中光速是不变的&的基本原理，成为一个光学领域的经典仪器。在红外光谱领域，因为要检测一些有机物的分子光谱，也使用麦克尔逊干涉仪。简单地说，这种干涉仪内部有两束光，如果这两束光走过的路程一样长，那么它们重逢的时候出现的干涉条纹中间是亮的，如果这两束光走过的路程不一样长，则出现干涉条纹中间部分就没有原来那么亮了。
　　蝌蚪君：&通过检测干涉条纹中心的光斑亮度，引力波探测器LIGO可以知道光程有没有发生变化？&
　　王?：&是的，当然实际工作过程中，LIGO的光路中光线还需要来回反射很多次，这样有效光路变长很多倍，能提高检测的灵敏度（精度）。&
　　引力波探测的精度是10^(-21)，这个数字是 0.000 000 000 000 000 000 001，相当于测量地球到太阳的距离精确到原子半径的大小。
　　干涉仪的臂长与可探测到的引力波中心波长之间的关系
　　在实际的LIGO引力波探测器中，激光麦克尔逊干涉仪的干涉臂的臂长达到4公里，在多次反射后可以达到几千公里， 这一干涉长度对引力波的中心频率为100赫兹的信号最为敏感。
　　蝌蚪君：&干涉仪的臂长与引力波的中心波长之间大概是什么关系？&
　　王?：&粗略得说就是干涉仪的有效臂长， 就是可探测的引力波的中心波长。&
　　蝌蚪君：&LIGO引力波探测器100赫兹的引力波信号对应于什么样的天体物理过程？&
　　王?：&大概有四个过程，第一种情况是致密双星的合并过程中发出的引力波，比如1到100个太阳质量的致密天体（如中子星，黑洞）之间的合并过程就发出这个频段的引力波信号；第二种情况是中子星的自转，当一个中子星的质量分布不对称的时候，它有一个随时间变化的四极矩，这个时候也会辐射出这个频段的引力波；第三种情况就是burst过程，就是一些短期的爆发源，比如超新星爆炸过程，时间很短，其引力波信号也很不规则，其频率也在LIGO引力波探测器的探测范围内；第四种情况就在宇宙学方面，早期的宇宙大爆炸会有随机的引力波背景，这个极早期的涨落现在比较难探测，但也在LIGO引力波探测器的探测范围内。&
　　曾经提出类elisa的引力波探测技术方案
　　对于引力波探测计划，除了有&在地面的LIGO引力波探测器，还有在天上的卫星做成的elisa计划。王?博士曾经提出了一种不用于elisa的引力波卫星计划，在这个技术方案中，一共有6个卫星，它们的空间结构满足一个正八面体的形状，这个装置与elisa的三颗卫星不同，是放置在第一拉格朗日点。
　　王?说：&这种八面体结构的优点是，可以消除卫星的加速度噪音以及卫星时钟的噪音。&
　　当然，引力波是很难探测的，引力波探测界有一个大佬叫Bernard Schutz。四年前，他曾在北京大学做学术报告时发表感慨说：&我们花了几十亿美元找引力波，还是没找到，有时候我晚上碎觉想想，我怎么能和老婆睡自己床上呢？我TM应该睡监狱里啊。&
　　王?是奋战在探索深层次宇宙奥秘第一线的年轻中国学者，我们期待他参与的引力波探测事业能给我们人类文明前进带来新的推动力。
　　本篇采写& 蝌蚪五线谱&& 张轩中
关键词 ：王? 引力波
手机电池为什么会爆炸？可能就是因为快速充电技术
半世（一）
为甜蜜而生的花间精灵
科普童话:张小群与蘑菇的“亲密接触”
暴涨宇宙论创始人之一,支持中国版巨型对撞机,评论杨振宁文章。
作者只是想给吃瓜群众科普一下。
这事情需要好好讨论。
本文经作者授权在蝌蚪五线谱发表。
《回到未来》30年：这些真的实现了！
苹果皮削不削？
舌尖上的添加剂
除了围观小鲜肉，你们还有更重要的事情去做…
蝌蚪社区TOP5
蝌蚪用户最关注：