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引力波为什么被探测了,引力波是怎么被测量的

来源:整理 时间:2022-06-08 11:25:30 编辑:科技知识 手机版

人类寻找引力波已经有100年了,通过几代科学家的共同努力,已经直接探测到了。虽然VIRGO处女座的探测能力仍然有限,但一旦这个引力波世界被撬开一条小缝,我们就能看到春天的种子,相信硕果累累的引力波收获季节不会太远。这一次,在地面上探测到引力波的同时,还探测到了持续约2秒的伽马射线电磁波短脉冲。事实上,地面上的探测器探测到的伽马射线爆发比引力波晚1.7秒。

探测到引力波意味着什么

尽管在目前看来,直接探测到引力波不会对人类的直接生活产生太大影响,然而对于科学研究研究的意义可谓重大。人类在追寻了引力波整整100年之后,经过好几代科学家的共同努力,才直接探测到了它。首先,引力波是对广义相对论的一个最直接的验证。广义相对论在1915提出以来,已经经过了无数很多验证,包括无数次在弱场中的验证,但是对于强引力之下的验证,双黑洞所产生的引力波,却是首次。

接下来,引力波以光速传播,相比较电磁力,引力要弱非常多,所以它与物质的相互作用非常非常的弱,因此引力波可以给我们提供我们宇宙几乎无阻挡的图景,而这个几乎是无法利用我们熟知的电磁波来达到的。利用引力波,我们可以看到宇宙的最早期,宇宙大爆炸之后的1.0E-36秒开始的宇宙形成过程,而对于电磁波而言,它最早只能看到大爆炸后的大约38万之后的宇宙历史,在此之前,电磁波是不能给我们提供的。

所以引力波是我们了解我们宇宙形成的最好工具。其次,如果还记得,在星际穿越电影中的结尾之时,主人公库珀身处一个5维时空的超体方体中,为了将从黑洞中心所提取出来的信息传递给身处4维时空的女儿墨菲,人为的制造引力波效应,成功将信息传递,从而人类得以解救。引力波从目前物理学家的认识来看,是唯一一种可以在不同维度传播的波。

不同宇宙之间的碰撞,会产生引力波。说不定在不远的将来,我们也可以依靠引力波来判断多重宇宙的存在与否。当然引力波还可以发现宇宙当中之前电磁不能看到的一些天体现象。比如双黑洞,因为它不能产生电磁波,所以利用现有的电磁波是探测不到这些天体的,新的引力波却可以让我们找到它们。尽管引力波的传播速度和光速一样,然而它却和电磁波完全不一样。

引力波给我们打开了一扇全新观测窗口,甚至可以和400多年前伽利略将望远镜指向天空所带来的影响相提并论。历史的发现轨迹告诉我们,每一扇新的窗口被打开,都会有令人称奇的发现。虽然LIGO/VIRGO的探测能力还是有限,一旦这个引力波的世界被撬开了一道小的裂缝,让我们看到了春天的种子,相信硕果累累的引力波丰收季节也不会太远。

引力波是怎么被测量的?

施郁复旦大学物理学系教授历史上主要有过3种测量。1960年代,韦伯使用铝圆柱,即所谓韦伯棒作为探测器,希望引力波引起共振,就好比用音叉测量声音。他后来还用相距1000公里的两个探测器,以排除只影响单个探测器的因素。这个思想后来被LIGO采纳。1969年韦伯声称他的两个韦伯棒发现了引力波。但是无人能重复,普遍认为他的结果是错的。

1974年,拉塞尔赫尔斯Russel Alan Hulse和约瑟夫泰勒Joseph Hooton Taylor发现引力波导致一个中子星和与之互相环绕的伴星之间的距离越来越小。这可以算间接测量引力波。真正成功的直接测量就是两年前成功,最近探测到好几次引力波的方法,也就是用干涉仪的方法。每个探测器是一个巨大的迈克尔逊干涉仪,有两个互相垂直的约4公里长的臂,构成L形。

一束激光分成两束,分别进入两臂。在每个臂中,激光被两端的镜子来回反射多次。最后两束激光再叠加起来,这就是干涉。干涉的光强决定于两臂长度差,所以用来测量两臂长度差。引力波经过探测器时,每个臂的长度都时长时短地振荡,而且步调相反,一个臂变长时,另一个变短。所以两臂长度差也在振荡,从而激光干涉的光强也在振荡。

引力波被探测到后,你对爱因斯坦有什么新的评价吗?

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