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从万有引力到引力波,全方位回顾300多年来人类对引力本质的探索!

1687年:牛顿引力

Isaac Newton出版了《自然哲学的数学原理》,全面介绍了引力。这为天文学家提供了一个准确的工具箱,用于预测行星的运动。但它并非没有问题,例如计算水星行星的精确轨道。

由于来自其他行星的引力拖曳,所有行星的轨道都进动 - 每次旋转时轨道的最近点略微移动。

水星轨道的问题在于角动量与牛顿理论预测的不相符。这只是一个小小的差异,但足以让天文学家知道它在那里!

1859年:法国天文学家勒维烈

为了解释水星奇怪的行为,法国天文学家勒维烈,提出了一个预言水星轨道内还有一个最靠近太阳的未知行星。,它靠近太阳旋转。

1905年:狭义相对论

阿尔伯特·爱因斯坦用他的狭义相对论震撼了物理学。然后他开始将重力引入他的方程式,这导致了他的下一个突破。

1907年:爱因斯坦预测引力红移

我们现在所谓的引力红移是爱因斯坦首先从广义相对论的发展中提出的。

爱因斯坦预测,来自强引力场中原子的光的波长会随着它从重力中逃逸而变长。较长的波长将光子移动到电磁波谱的红端

1915年:广义相对论

阿尔伯特·爱因斯坦发表了广义相对论。第一个巨大的成功是它对水星轨道的准确预测,包括它以前不可思议的进动。

该理论还预测了黑洞和引力波的存在,尽管爱因斯坦本人经常难以理解它们。

1917年:《广义相对论下的宇宙学思考》

1917年,爱因斯坦发表了一篇关于辐射量子理论的论文,指出受辐射是可能的。

爱因斯坦提出,一个被激发的原子可以通过以光子的形式释放能量,从而回到一个较低的能量状态,这个过程被称为自发辐射。

在受激发射中,入射光子与受激原子相互作用,使其进入较低的能量状态,释放出与入射光子处于同一相位、具有相同频率和方向的光子。这一过程使激光得以发展(通过受激辐射的光放大)。

1918年:“时空结构拖曳效应”

1918年,当时由奥地利物理学家约瑟夫.伦泽和汉斯.塞林共同提出的,他们利用爱因斯坦的广义相对论原理预测得出,在旋转物体周围可能有时空结构扭曲现象发生,因此这也被称为“伦泽—塞林效应”

1919年:首次观察引力透镜

引力透镜是指大型物体(如黑洞)周围的光线弯曲,使我们能够看到位于其后面的物体。在1919年5月的日全食期间,观测到太阳附近的恒星稍微偏离了位置。这表明由于太阳的质量,光线正在弯曲。

1925年:首次测量引力红移

正如爱因斯坦所预测的那样,沃尔特·西德尼·亚当斯检查了大质量恒星表面发出的光并发现了红移。

1937年:预测银河引力透镜

瑞士天文学家弗里茨·兹威基提出整个星系可以作为引力透镜。

1959年:引力红移验证

该理论是确凿测试罗伯特·庞德和葛伦·勒贝卡通过测量两个来源相对红移在哈佛大学的杰弗逊实验室塔的顶部和底部。该实验准确地测量了光子在顶部和底部之间传播时的微小能量变化。

1960年:发明激光器

加利福尼亚休斯研究实验室的物理学家西奥多·哈罗德·梅曼制造了第一台激光器。

20世纪60年代:黑洞的第一个证据

20世纪60年代是广义相对论复兴的开始,并且看到了由中心巨大的黑洞拉动所驱动的星系的发现。

现在有证据表明所有大型星系的心脏都有大量的黑洞,并且在恒星之间漫游着较小的黑洞。

1966年:首次观察引力时间延迟

美国天体物理学家欧文·夏皮罗提出,如果广义相对论是有效的,那么当太阳系在太阳系周围反弹时,无线电波会因太阳的引力而减慢。

通过将雷达波束从金星表面反弹并测量信号返回地球所需的时间,观察到了1966年至1967年之间的影响。测量的延迟与爱因斯坦的理论一致。

我们现在在宇宙学尺度上使用时间延迟,观察重力透镜图像之间的闪光和耀斑的时间差异,以测量宇宙的膨胀。

1969年:引力波的错误探测

美国物理学家约瑟夫·韦伯(Joseph Weber)(有点叛逆)声称,他首次通过实验发现了引力波。

1974年:引力波的间接证据

约瑟夫·泰勒和罗素·赫尔斯发现了一种新型脉冲星:双星脉冲星。脉冲星轨道衰变的测量结果显示,它们的能量损失与广义相对论预测的能量损失相当。他们因这一发现获得了1993年诺贝尔物理学奖。

1979年:首次观测银河引力透镜

当观察者Dennis Walsh,Bob Carswell和Ray Weymann看到两个相同的准恒星物体或“类星体” 时,发现了第一个河外引力透镜。原来是一个类星体出现在两个独立的图像中。

自20世纪80年代以来,引力透镜已成为宇宙中质量分布的有力探测器。

1979年:LIGO获得资金

美国国家科学基金会资助建设激光干涉仪引力波观测台(LIGO)。

1987年:引力波的另一个误报

来自Joseph Weber(再次)的直接探测的误报警,声称来自超新星SN 1987A的信号使用他的扭杆实验,该实验由大型铝条组成,当大型引力波通过它时振动。

1994年:LIGO建设开始

这花了很长时间,但LIGO的建造终于在华盛顿的汉福德和路易斯安那州的利文斯顿开始了。

2002年:LIGO开始首次搜索

2002年8月,LIGO开始寻找引力波的证据。

2004年:框架拖动探针

NASA发射重力探测器B来测量地球附近的时空曲率。由于潜在的时空,探头包含随时间略微旋转的陀螺仪。旋转物体周围的效果更强,“旋转”时空周围。

重力探测器B中的陀螺仪旋转了与爱因斯坦广义相对论相一致的量。

2005年:LIGO探测结束

经过五次搜索后,LIGO的第一阶段结束时没有检测到引力波。然后传感器进行临时改装以提高灵敏度,称为增强型LIGO。

2009年:增强LIGO

一个名为Enhanced LIGO的升级版本开始寻找引力波。

2010年:增强的LIGO探测结束

增强型LIGO无法检测到引力波。一项名为Advanced LIGO的重大升级开始了。

2014年:完成高级LIGO升级

新的Advanced LIGO已经完成安装和测试,几乎准备开始新的搜索。

2015年:引力波误报#3

BICEP2实验在观察宇宙微波背景时声称了早期宇宙中引力波的间接特征。但看起来这就是我们自己的银河系中的灰尘,它们会欺骗信号。

2015年:LIGO再次升级

高级LIGO开始寻找引力波,其灵敏度是原LIGO的四倍。9月,它检测到一个看起来很可能来自两个黑洞之间碰撞的信号。

2016年:确定了引力波检测

经过严格的检查,Advanced LIGO团队宣布了引力波的探测。

总结:一个理论到发现时间用了329年!

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