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引力波是啥东西,爱因斯坦都不敢想象能探测到引力波!


昨天一朋友问我,引力波说啥东西,有啥用,我今天就科普一下:

100年前,当爱因斯坦预测引力波的存在的时候,他不曾想过,有朝一日,人类能够真正观测到应力波:因为这个效应是如此的微弱,无法察觉。。。

2016年2月11日,北京时间23:30分,加州理工学院、麻省理工学院、LIGO科学联盟、以及美国国家科学基金会,向全世界宣布: 我们真的探测到引力波! 他们宣布已经探测到距离地球约13亿光年的两个大约30太阳质量的黑洞碰撞所发出的引力波

这个发现有90%的机率被授予今年的诺贝尔奖。

引力波是广义相对论预言的一种时空波动。LIGO的设计目标是检测这种波动。但因为能产生高强度引力波的天体极为遥远,到达地球时已经可能埋没在各种噪音信号中。LIGO拥有两个互相垂直的长臂,每个臂长4公里,末端有反射镜。管道采用不锈钢制成,直径1.2米,内部抽成高真空。激光束在臂中来回反射约50次,使等效臂长增加到近200公里。如果激光在发射过程中被引力波影响,会造成光程差,进而导致干涉条纹发生移动。

LIGO灵敏度极高,据说可以隔着一个银河系探测到一个足球的尺寸变化。为了减少噪音并增加实验可靠性,LIGO拥有复杂的减震系统。另外,LIGO有两个一模一样的设施,一个在美东南的路易斯安那州,一个在美西北的华盛顿州。只有这两个实验室获得了一致的结果,实验才会被接受。


当两个有质量的球体互动的时候,他们周围的时空会发生什么?



图片来源:Piled Higher and Deeper (PHD Comics)/youtube.com

你在上图看到的“时空扰动”。这种变化以波的形式向外传播,就是“引力波”,像涟漪一样向外扩散,当质量巨大的系统,比如两个黑洞或两颗中子星快速相互绕转,它们产生的涟漪可就厉害了——像这种致密双星并合过程,所释放的能量,远超太阳一生释放的能量总和


两颗中子星的并合过程。图片来源:Our Universe Visualized



假设有一列引力波以平面波形式传播,那么它能在真空的宇宙空间中不带任何衰减地永远传递下去。也正因如此,引力波可以被用作窥探宇宙深处的工具。引力波也携带着关于波源的信息。如果人类能够截获这些信息,我们将能够利用全新的手段来研究黑洞、中子星等各种天体,弄清发生在宇宙彼端的故事。

更重要的是,由于有几乎不衰减的特性,它能帮我们洞悉整个宇宙的源头——不是某种生物,某颗行星或者某个星系的起源,而是整个宇宙的起源。而一旦寻找到合适的引力波,人们将能够为大爆炸理论和宇宙膨胀理论找到有利的证据。


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作者:漫漫,材料学博士,现居新西兰,

喜欢猫,喜欢简单随意的生活,喜欢纯净甜美的韵味

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