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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>>

《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>>

《物理通报》2008年02期
物理通报

美国LIGO激光干涉引力波观测站

元月美国LIGO(laserinterferometer Gravitational Wave Observatory激光干涉引力波观测站)发布了一篇重要研究成果.他们宣布在对去年发生的宇宙珈玛射线爆跟踪观测过程中,未能发现引力波存在的证据.这一结果让很多对这次观测寄予厚望(发现引力波)的科学家感到失望.LIGO一共由三组干涉器构成,两组放置于华盛顿州的汉弗分别是2km和4km长,还有一套4km长的干涉器放置于路易斯安娜州的列文斯顿.封面图片是LIGO位于华盛顿州汉弗的干涉器.去年科学家们在宇宙中观测到一场强烈的珈玛射线爆,而珈玛射线爆是目前可以观测到的宇宙中最强烈的天文现象,人们认为它和超新星爆发、黑洞碰撞等宇宙最重量级的天文现象有关...  (本文共1页) 阅读全文>>

《物理》2016年05期
物理

激光干涉引力波探测器——人类的宇宙助听器

1引言2016年2月11日,LIGO科学合作机构(LIGOScientific Collaboration)宣布[1],在爱因斯坦预言引力波整100周年之后,首次直接探测到引力波[2]。具体时间为2015年9月14日,LIGO在美国路易斯安那州和华盛顿州的两个探测器,探测到据信13亿年前两个分别为29和36倍太阳质量的黑洞合并的事件(GW150914)。在合并过程的最后不到一秒时间内,约三倍太阳的质量转化为引力波发射出来。但是,到达13亿光年之外的地球时,其产生的峰值应变仅为10-21,这相当于地球与太阳间的距离发生一个氢原子大小的改变。这么微弱的变化,被精密的大型激光干涉仪探测到,技术进步在科学研究中的重要作用显露无遗。除了进一步验证爱因斯坦的广义相对论的正确性,更为重要的,这次的发现开启了引力波天文学的新时代。在这之前,人类观测宇宙的手段均依赖于电磁波,引力波探测是我们获得的一种新能力。在宣布这个新发现时,LIGO的发言人说...  (本文共7页) 阅读全文>>

权威出处: 《物理》2016年05期