@ 2016.01.14 , 11:59
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流言称人类或已探测到引力波

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被称为“时空涟漪”的引力波(gravitational waves,也有“重力波”的译法,以下统称引力波),被爱因斯坦根据广义相对论在一百年前的1916年预测存在。虽然近年来常有流言称人类已经发现引力波,但这一次的谣言显得特别靠谱,因为这次的骚动可是从激光干涉引力波天文台(LIGO)科学家 Lawrence M. Krauss 的推特上开始的:

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引力波的发现对于物理学,宇宙学和人类对宇宙的宏观理解将会有重大的意义,但如果你对上述的领域都不太了解,甚至可能一辈子都不会去试图弄明白时光涟漪是个什么玩意。

那么引力波到底是什么东西?为什么科学家们一直想要观测它?为什么我们要关心有没有引力波呢?

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简单地说,引力波就是时空表面上的光速震荡,它是由宇宙中的“大事件”引发的,例如恒星爆炸,黑洞合并或宇宙各个角落中的各种事。组成一切的原子,包括天体和地球上的人类,都会因为引力波而发生小幅的震荡。

其中小幅震荡的幅度是真的很小。与产生引力波所需要的巨大能量相比较,时空涟漪显得十分微弱。物理学家预测当引力波到达地球时它的数量级将大约在一个原子直径的十亿分之一。所以要测量这样的震荡,收线首先你需要几乎无限精确的测量仪器,其次你需要一个几乎完全没有干扰与噪音的环境,总之一句话,人类科技目前还没达到这个技术水平。

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但引力波观测技术最近也有了一些改变,科学家们对地面上最优秀的观测天文台 LIGO 做了改进,同时发射了第一艘引力波探测器 LISA Pathfinder。LISA 上配有两个科学实验室。物理学家希望我们能在2020年结束前观测到时间涟漪,但这一天或许比我们想象的还要早。

从原理上说,测量引力波其实很简单,但落实到实践上则难到几乎不可能完成。物理学家的策略就是测量宇宙中两个物体间距离中的微小波动,但我们所希望看到的原子内部的震荡实在是太微小了,所以我们需要进行可以将远距离中物体分开的实验,而就算是这样,物理学家的测量也需要相当精确。

这就是我们目前的引力波探测器背后的原理。LIGO 在2000年之后正式上线投入使用,科学家在华盛顿州的 Richland 和路易斯安那州的 Baton Rouge 分别悬挂两个镜面,形成第一个长臂;随后在前两个镜面垂直方向在放置两个镜面,形成两条互相锤子垂直的长臂。激光束由激光器发射并在镜面之间反射大约50次(维基百科),使等效臂长大大增加。

LIGO 在加州理工学院的网站上解释说,如果这两个长臂的长度完全相等,那么激光的光程按理说也是完全相等的。但如果存在引力波的干涉,就会出现干涉条纹,造成的光程上的偏差将会由光电探测器(photodetector)所探测到。

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当这个偏差发生时,会产生电子信号——这个电子信号究竟是不是引力波还要科学家们来说了算。一个问题是:地球的环境是很嘈杂的,各种噪音与干涉存在于这颗星球上,从地底的震动到路面上的汽车火车,其中任何一种都能形成这种电子信号。这些背景噪音加上我们探测器在距离和技术上的不足,为引力波探测造成了严重的限制。LIGO 的第一轮观测活动在2010年结束,并没有发现引力波存在的有力证据,有趣的是,为了让科学家们不闲下来,LIGO 的内部事务委员会特意制造了一个假信号

在接下来的5年里 LIGO 对探测器做了很多改进,截至去年9月,新的 LIGO 已经比最初的 LIGO 灵敏度高了3倍。在上一次的引力波捕获行动中 LIGO 最远能“监听”6500万光年,而现在则能达到2亿2千500万光年。科学家们期望能对 LIGO 继续进行改进,将灵敏度提升至最初的10倍。

今年也是引力波探测首次走向太空的一年。LISA Pathfinder 于去年12月2号发射,作为一个原理循证(proof-of-principle)实验它将对引力波探测技术进行测试。

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在太空中探测引力波有几个好处。首先太空的环境比地球“安静”很多,唯一的噪音源来自太阳风和宇宙辐射,而现有技术可以滤掉它们的干扰。但最重要的是,脱离了地球的束缚,探测器可以拉长探测的距离“广撒网”。

那么为什么发现引力波那么重要呢?除了证明爱因斯坦在广义相对论中的预测之外,引力波的存在可以证明宇宙中一些神秘的现象。LISA Pathfinder 的科学家 Bill Weber 上月表示引力波是研究宇宙中占大部分的暗物质,暗能量的最佳途径

要研究黑洞,中子星这样不发光的天体,在人类目前所处的位置上不是件容易的事,但如果说白矮星,中子星和黑洞像是黄油的话,引力波就是一把黄油刀,它为我们打开了一个窗口,看到我们以前完全无法想象的天体奇观。

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另外,作为宇宙中具有巨大能量的现象之一,引力波能够帮助我们理解重力式如何在极端环境下产生作用的。比如两个质量巨大的物体以接近光速的速度互相环绕运行时,人类对它们之间的引力作用知之甚少。

两天前的流言说,LIGO 可能探测到了引力波,但科学家还需要时间来确认。虽然 LIGO 方面对消息严防死守,但科学家与媒体对此事充满了希望。随着 LIGO 探测器的灵敏度不断提升,只要 LISA Pathfinder 进入第一拉格朗日点,引力波的探测工作就会顺利很多。在接下来的几周或者几个月内,我们或许就能从物理学家们那里得到正式的消息。

[keep_beating via Gizmodo]


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TOTAL COMMENTS: 25+1

  1. 大叫驴
    @2 years ago
    3037352

    一般来说,波越大,引力越大

    [115] XX [5] 回复 [0]
  2. 3037357

    流言如何在网络上传播

    [12] XX [1] 回复 [0]
  3. 七月的烟火
    @2 years ago
    3037377

    形成两条互相锤子的长臂……

  4. 玄武岩脑袋
    @2 years ago
    3037378

    压力波如果存在的话,贰瓶勉设想的重力子射线发射装置就是可能的了,就能对抗奇居子了

  5. 3037412

    引力波也许还加载着某些信息编码

  6. skyedge
    @2 years ago
    3037422

    波纹疾走!!!

  7. 3037423

    有没有觉得,最近几年,关于太空航行的硬科幻大片特别多,NASA都特别热心地参与其中,而NASA自己这几年发布新发现也特别多。有没有可能,这些都是在做预热,可能NASA已经在太空航行上有了突破性的进展,人类展开大规模太空航行即将实现!

    [9] XX [13] 回复 [0]
  8. 3037442

    收线你需要几乎无限精确的测量仪器

  9. 饿了
    @2 years ago
    3037456

    这个叫做流言….做翻译的,中文还是要复习下的

  10. 没有人
    @2 years ago
    3037460

    这个是不是应该考虑进攻哲学领域了

  11. 3037502

    仍然是迈克尔逊干涉仪的方法,说白了还是在探测以太。

  12. 3037503

    土星和木星的的卫星环不是引力波造成的吗?

  13. LuckMud
    @2 years ago
    3037558

    流言终结者复出?

  14. 载人收割机
    @2 years ago
    3037563

    马上要迎来二向箔攻击了

  15. 格雷潘
    @2 years ago
    3037624

    想到那个“宇宙只是一具死尸”的言论,如果没有比光速更快的东西,宇宙中遥远的两个点,永远都无法进行联络

  16. 3037629

    人类在学会自制冰之前也觉得难到几乎不可能,加油

  17. bugforever
    @2 years ago
    3037665

    @iused: SGU?

  18. 3037677

    @GGG: 50年前大家也是这么想的

  19. 小学生
    @2 years ago
    3037707

    本来想好好看这篇文章 但是看到 收线你需要…的时候…

  20. 3037988

    @GGG: 那也与中国无关。我可以肯定告诉你,近十年里美国跟中国进行像与欧盟那样的太空合作的可能性,和在火星南极冰盖里发现一群跳拉丁舞的裸女概率差不多。原因很简单,中国并没有任何美国感兴趣的航天科技强处,而目前所有国家的长期计划里也没有。按照官方说法,美国顾忌因为中国航天的军方背景,那是美国人的扯淡,中国说霸权主义也更是离谱。苏联跟美国处于全面敌对关系的时候也有太空合作,譬如阿波罗联盟号对接。俄罗斯与美国关系降到冰点时也有技术合作。国家间太空合作的基础是你有他缺乏的技术,而合作的形式是各自负责做自己擅长的部分,而不是无偿捐赠技术给你让你跟他一模一样。

  21. 3038253

    @Ping: 你这种人到底是什么心态呢,怎么让人感觉有种假洋鬼子的煞笔无知的幸灾乐祸嘴脸。无知,就去多看看书,多搜索资料,多看看新闻吧,别以为所有人你一样无知。
    中国自己研发和从欧俄买来的技术,到你这全都成了美国无偿赠送的技术?
    上次美国搞国际空间站,连越南伊朗都给邀请在列,就独把中国排除在外,美英法的科学家都出面说这是美国的国籍歧视,很可耻,连NASA局长都出面说希望恢复跟中国的合作,到你这种反倒变成美国全是因中国没有他感兴趣的科技?
    越南这种连卫星没制造过的国家就有了?
    谁又在乎跟美国的航天合作,中国有自己的小型空间站,不出10年还会有真正大空间站,而美国人都在争论到时国际空间站到期后,要不要借中国的空间站,每年和世界多国合作,排队发射的火箭和卫星都有十几个,你这种只会在网络装逼的煞笔有什么资格瞧不起中国?

    [10] XX [9] 回复 [0]
  22. swmage
    @2 years ago
    3038367

    @TRTK: 因为没有流言终结者了

  23. 3038441

    @CAM: 我是土生土长的新加坡人,不是你们中国人,别一副每个国家都要拜你们为天朝上国的样子,就是你们这个态度,无耻抄袭,花钱买技术,就一副天下第一的样子,全世界都讨厌你们。你们企业的科技英雄,在别国里都是恶名昭著的窃贼。新加坡只是个小国家,没有土地没有能源,靠的只是勤奋和智慧生存,这是靠知识产权的保护完成的。你们都派技术间谍来盗取新加坡企业的技术机密。作为中国人,贼的传人,你不觉得自己羞耻么?你国的企业靠政治独裁来完成财富原始积累,而不靠与世界上与别国的企业竞争。
    中国算个屁,你们这个模式注定会失败的。

    [3] XX [12] 回复 [0]
  24. 3039220

    @ping: 呵呵,你还是别说你是新加坡人,你尽给新加坡人丢脸, 你就跟你口中某些极端民族主义者,一样优越感满满,又无知可笑,中国的模式还是从你新加坡学来的,再说谁都知道新加坡是李家坡,香蕉人的集中地,你们越恶心越好,让大家都瞧清楚你们的真面目。

  25. 3039224

    @ping: 告诉你吧,网络全都是我的小号,多得吓都吓死你,全都是我换着ID在回复你,看你一个人太逗了,忍不住就逗起你玩了,一不小心又玩过头了。

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