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引力波探测:引力波天文学的新时代

美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)2016年2月11日宣布在位于美国华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的两个探测器上首次同时探测到了引力波,这一重大发现发表在《Physical Review Letters》上。该引力波的波源是离地球大约410兆秒差距(约13.4亿光年,红移0.09)的双黑洞并合事件,标记为GW150914。两个黑洞的质量分别为36和29个太阳质量,并合后形成的黑洞有62个太阳质量,其余3个太阳质量以引力波的形式辐射出来[1]。这一重大发现引起了科学家和社会大众的高度关注。本文尝试回答以下几个问题:什么是引力波?引力波是如何产生的?人类为什么坚持不懈地探测引力波?如何探测引力波?最后,介绍国内外引力波探测的现状和前景。图1位于美国华盛顿州汉福德(上)和路易斯安那州利文斯顿(下)的两个激光干涉引力波天文台(LIGO)1什么是引力波?引力波就是引力扰动在空间的传播。像电磁波一样,引力波携带能量在空间以真空光速...  (本文共4页) 阅读全文>>

《现代物理知识》2013年04期
现代物理知识

引力波天文学——一个观测宇宙的新窗口

引力波是爱因斯坦“广义相对论”最重要的预言,引力波探测是当代物理学重要的前沿领域之一。以引力波探测为基础的引力波天文学是一门正在崛起的新兴交叉科学,由于引力辐射独特的物理机制和特性,使得引力波天文学研究的范围更广泛﹑更全面,物理分析更精确﹑更深刻。它以全新的探测理念和探测方法揭示宇宙的奥秘,探寻未知的天体和物质。它能提供其他天文观测方法不可能获得的信息,加深人们对宇宙中天体结构的认识,是继以电磁辐射(包括射电﹑红外线﹑可见光﹑紫外线﹑X射线和伽玛射线)为探测手段的传统天文学之后,人类观测宇宙的一个新窗口。对研究宇宙的起源和进化,拓展天文学的研究领域都有极其重要的意义。爱因斯坦的广义相对论是20世纪人类在自然科学领域取得的最辉煌的成就之一。它开创了近代物理研究的新纪元。一、引力波的产生引力场的扰动在时-空中传播出去,就像水池中水的扰动向外传播的波纹一样,这种弯曲时-空中的涟漪就是引力波(图1)。图1引力波引力波理论认为,当物质运动...  (本文共10页) 阅读全文>>

《现代物理知识》2017年01期
现代物理知识

第三代激光干涉仪引力波探测器

引力波是爱因斯坦在广义相对论的重要预言,1962年,美国物理学家韦伯领导的研究小组在引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。马里兰大学建成了世界上第一个引力波探测器—共以引力波探测为基础的引力波天文学是一门新兴的振棒,迈出了引力波探测的第一步,并在世界各地交叉科学,是对传统电磁辐射天文学的巨大拓展与迅速发展起来。在经过进一步改进之后,新共振棒补充。引力波的发现是一项划时代的科学成就,它在1968年开始运转,1968年得到第一个所谓的引力标志着困扰科学家百年来的物理学难题得以破解,波信号,随后81天内又陆续得到17个“事例”并被引力波天文学完成了从寻找引力波到研究天文学的判断为引力波信号。1969年6月,在美国辛辛那提历史性转折。举行的相对论学术会议上,韦伯等人宣布成功地探引力波探测走过了一段艰难而曲折的过程。早测到引力波,轰动了整个物理界。遗憾的是经过详在1916年,爱因斯坦就根据弱场近似,预言了引力细分析,证明这些都是虚假...  (本文共13页) 阅读全文>>

《物理》2016年05期
物理

引力波的预言、探测和发现

1引言引力波是爱因斯坦“广义相对论”的重要预言,引力波探测是当代物理学重要的前沿领域之一,以引力波探测为基础的引力波天文学是一门正在崛起的新兴交叉科学,是继以电磁辐射为探测手段的传统天文学之后,人类观测宇宙的一个新窗口,对研究宇宙的起源和进化,拓展天文学的研究领域都有极其重要的意义。引力波的发现是一个划时代的科学成就,它标志着困扰科学家百年来的物理学难题得以破解,引力波天文学完成了从寻找引力波到研究天文学的历史性转折。2引力波的预言和主要特性2.1引力波的预言1916年,爱因斯坦发表了广义相对论,建立了引力场方程,开辟了近代物理研究的新纪元。示出来,引力波是由于质量多极矩随时间变化时在爱因斯坦引力场方程辐射的。物质的质量单极矩是它的质量,根据能R8μv-1g2μvR=πGc4Tμv(μ,v=1,2,3,4)量守恒律,它是一个常数,不随时间变化,因此不会有单极矩引力辐射产生。质量偶极矩的时间中,Rμv是里奇张量,gμv是时空度规张...  (本文共11页) 阅读全文>>

权威出处: 《物理》2016年05期
《世界科技研究与发展》2003年01期
世界科技研究与发展

世界引力波探测发展

1 引力波的性质在狭义相对论的基础上 ,爱因斯坦进一步考虑引力作用 ,建立了广义相对论。广义相对论是关于空间、时间和引力的理论。广义相对论认为能量—动量的存在 (也就是物质的存在 )会使四维时空发生弯曲。万有引力并不是通常意义下的力 ,而是时空弯曲的一种表现 .大质量的物体在时空结构中产生“凹痕”。其它物体在弯曲时空中沿短程线运动 ,很象弹子球在蛛网上运动。所以可以说 :时空是一个可伸缩的弹性媒质[1] 。爱因斯坦在 1916年的文章中提出引力波的概念 ,并证明引力波和电磁波一样也是横波 ,以光速c传播。近代引力波理论认为 ,质量分布以非对称方式运动 ,时空凹痕将像时空的涟漪一样向外传播 ,称为引力波。引力波和电磁波有本质的不同。电磁波由加速的电荷产生 ,是矢量波 ,在时间和空间的参考系中传播。引力波由加速的物质产生 ,是张量波 ,是时空结构本身的波动。在引力波到达的时空 ,由于时空自身发生变化 ,处在其中的宏观自由物体间的距离...  (本文共5页) 阅读全文>>

《科技导报》2016年03期
科技导报

引力波:从激光干涉引力波天文台到宇宙微波背景辐射

1916年爱因斯坦说:要有引力波。2016年2月11日advanced LIGO(提升的激光干涉天文台)说:真的有引力波。座落在相距3000多公里的美国路易斯安那州的列文斯顿和华盛顿州的汉福德的两个激光干涉天文台于2015年9月14日同时聆听到13亿光年外两个约30个太阳质量的黑洞并合发出的“蛐蛐叫”的声音,从而证实100年前爱因斯坦预言的引力波真的存在。这是21世纪基础科学又一个重大发现。当然一个重大的发现需要经过严格的检验。期待未来有更多的引力波被探测到,否则此次发现将会被置于质疑之中。引力是万有的。它普遍存在于宇宙中任何两个质点之间。加速一个带电粒子可以产生电磁波,而加速任何一个物体都可以产生引力波。一个最简单的产生引力波系统是两个天体相互环绕直至并合。然而大多数这样的系统所产生的引力波都小到无法察觉。黑洞是宇宙中拥有巨大质量的最致密的天体之一。引力波天文台的创建者之一的基普·索恩曾打赌说双黑洞并合产生的引力波会最先被观测...  (本文共1页) 阅读全文>>

《天文研究与技术.国家天文台台刊》2005年03期
天文研究与技术.国家天文台台刊

世界引力波探测网的现状

1引力波的非直接探测以非对称方式运动的质量,将会向外辐射引力波。这是广义相对论的重要推论之一。由于和电磁波相比,引力波的强度非常弱,从1916年爱因斯坦提出引力波到现在近九十年,引力波尚未被直接探测到。引力波存在的间接证明应该归功于霍尔斯(R. A. Hulse)和泰勒(J. H. Taylor)对脉冲双星PSR1913+16的发现和长期精密观测。广义相对论认为双星系统相互围绕旋转时将向外辐射引力波,因此系统能量损失,轨道半径减小,旋转周期缩短。持续至今的观测结果表明,这对中子双星的衰减率和广义相对论的理论计算值的误差在0.3%之内[1]。霍尔斯和泰勒早已因此在1993年荣获诺贝尔物理学奖。2共振棒引力波探测网上世纪末最大的引力波直接探测尝试是IGEC ( International Gravitational EventCollaboration)的5个共振棒引力波天线组成探测网,在1997年到2000年间协同运行,每次至少同...  (本文共5页) 阅读全文>>