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到1919年爱丁顿对日全食时太阳附近光线偏折的研究
作者:诺亚平台 | 来源:http://www.nuoya115.com | 发布时间:02-20 12:03

  在这一百年里,被誉为“人类认知自然最伟大的成就” 的广义相对论,一直在成长中:我们知道了时空的弯曲以及一些由时空弯曲可能产生的奇异事物,比如黑洞、引力波、奇点、虫洞甚至时间机器。在过去历史中的某些时期,甚至现在,其中有些事物被不少物理学家视为洪水猛兽般的怪物,对它们是否存在提出过强烈的怀疑。就连爱因斯坦本人直到逝世前都还在怀疑黑洞的存在。曾经同样的黑洞怀疑论者惠勒,后来却成为了黑洞存在的支持者和宣传者。历史告诉我们,我们对时间、空间和时空弯曲所产生的事物的认知,会发生革命。引力波作为广义相对论的重要预言,直到在上个世纪60年代,其存在性也仍被不少物理学家质疑过。在之后的漫长岁月里,几代物理学家付出了无数努力,可这神秘的引力波却一直没有被发现。

  图1:LIGO汉福德(H1,左图)和利文斯顿(L1,右图)探测器所观测到的GW150914引力波事件。图中显示两个LIGO探测器中都观测到的由该事件产生的引力波强度如何随时间和频率变化。两个图均显示了GW150914的频率在0.2秒的时间里面“横扫”35Hz到250Hz。GW150914先到达L1,随后到达H1,前后相差7毫秒——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。(此图版权为LSC/Virgo Collaboration所有)

  后续跟进的数据分析结果还显示,GW150914是一个36倍太阳质量的黑洞和一个29倍太阳质量黑洞并合事件,在并合后产生了一个62倍太阳质量带自旋的kerr黑洞。这一切发生于距离我们十几亿光年以外的地方。LIGO 探测器真实地探测到了很久以前发生于某个遥远星系的一个大事件!

  现在,似乎又到了物理学突破山穷水尽的时刻,又是一个后辈只能修修补补的年代,对于一个物理学家而言,生于这个时代似乎是不幸的。可是,引力波的发现,又打开了一扇希望的大门。广义相对论和量子力学存在着根本性的矛盾,一直是现代物理学天际线上的一朵乌云。而极大质量和极小尺度的黑洞,是研究这一乌云最佳的着手点。引力波是唯一能深入探究黑洞的研究手段,作为物理学家,生于这个时代又是何其的幸运!所以说,引力波的探测,远远超出了检验广义相对论本身的意义。

  明镜(马克斯·普朗克引力物理研究所)

  在韦伯设计建造共振棒的同时期,有部分物理学家认识到了共振棒的局限性,有一种基于迈克尔逊干涉仪原理的引力波探测方案在那个时代被提出。到了70年代,麻省理工学院的韦斯(Rainer Weiss)以及马里布休斯实验室的佛瓦德(Robert Forward),分别建造了引力波激光干涉仪。到了70年代后期,这些干涉仪已经成为共振棒探测器的重要替代者。

  这些引力波探测器包括:位于美国路易斯安那州利文斯顿臂长为4千米的LIGO(L1);位于美国华盛顿州汉福德臂长为的 4 千米的 LIGO(H1);位于意大利比萨附近,臂长为 3千米的VIRGO;德国汉诺威臂长为600米的GEO,日本东京国家天文台臂长为300米的TAMA300。这些探测器在2002年至2011年期间共同进行观测,但并未探测到引力波。在经历重大改造升级之后,两个高新LIGO探测器于2015年开始作为灵敏度大幅提升的高新探测器网络中的先行者进行观测,而高新VIRGO也将于2016年年底开始运行。此外,欧洲的空间引力波项目eLISA和日本的地下干涉仪KAGRA 的研发与建设也在紧锣密鼓地进行。

图3:PSR1913+16转动周期累积移动观测值与广义相对论预言值的比较。图中蓝色曲线为广义相对论的预测值,红点为观测值。两者误差小于0.2%,此发现给引力波科学注入了一针强心剂。

  “不少亲朋好友问过我,你在研究些什么。我都这么回答:我们在找另一种光,一旦找到,意味着人类从此有了第六感,就像有了超能力,用一双天眼饱览神秘宇宙中无尽的奥妙。现在,我们,找到了!” ——马克斯·普朗克引力物理研究所博士生,明镜

  3. GW150914事件到底是什么?

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