引力波的探測

引力波探測器的發(fā)展早的引力波探測器是共振型引力波探測器:上世紀60年代，馬里蘭大學的物理學家韋伯(JosephWeber)首先提出了一共振型引力波探測器。該探測器由多層鋁筒構(gòu)成，直徑1米，長2米，質(zhì)量約1000千克，用細絲懸起來。當引力波經(jīng)過圓柱時，圓柱會發(fā)生共振，進而可以通過安裝在圓柱周圍的壓電感器檢測到。韋伯曾經(jīng)在相距1000千米的兩個地方同時放置了相同的探測器，只有兩個探測器同時檢測到相同的信號才被記錄下來。1968年，韋伯宣稱他探測到了引力波，立刻引起了學界的轟動，但是后來的重復實驗都無所獲。后來人民發(fā)展出了激光干涉儀為原理的探測器。世界范圍內(nèi)，除了美國LIGO引力波探測器之外，還有德國和英國合作的GEO600、法國和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及計劃中的LCGT、澳大利亞計劃中的AIGO以及印度計劃中的LIGO-India。引力波探測的原理是利用激光干涉引力天文臺來探測，其原理使用了邁克爾孫干涉儀和法布里-柏羅干涉儀等。+Constructive

interferenceDestructive

interference但是它與傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉原理有著本質(zhì)的不同，簡單來說就是光速恒定，時空彎曲，路程變化，本來互相“抵消”的光線沒有抵消，然后就產(chǎn)生了信號。具體原理涉及到相對論方程。激光干涉引力天文臺的建造激光干涉引力波天文臺于1999年11月建成，耗資3.65億美元。2005年，激光干涉引力波天文臺開始進行改造，包括采用更高功率的激光器、進一步減少振動等。2015年，最新的激光干涉引力波天文臺正式上線。最新建造的激光干涉引力波天文臺在華盛頓州與路易斯安那州之間架設了兩個引力波探測器，主要部分是兩個互相垂直的長臂，個臂長4000米，臂的末端懸掛著反射鏡，管道采用不銹鋼制成，直徑1.2米，內(nèi)部真空度為10-12大氣壓。大功率的激光束在臂中來回反射大約50次，使等效臂長大大增加，這樣就會形成干涉條紋，如果引力波傳播到地球上，那么就可以引起干涉條紋的位移。為了降低地震對系統(tǒng)帶來的干擾，光學裝置安裝在結(jié)構(gòu)復雜的防振臺上，為降低空氣分子熱運動的影響，光路中抽成10-12大氣壓的真空。此外還要在路易斯安那州和華盛頓州建造兩個相同的探測器，彼此相距3000公里。只有兩個探測器同時檢測到信息時，才有可能是引力波的信號引力波探測遇到的困難事實上，引力波就像是時空的漣漪，如果將時空想象成水面，那么天體碰撞事件就如同塊石頭落入水中所引發(fā)的水波，只不過引力波的傳播速度可以達到光速。為了尋找引力波，科學家需要借助宇宙中的極端事件，比如黑洞合并、中子星事件等，因為大質(zhì)量天體可以產(chǎn)生相對較強的引力波。只不過如此事件較為罕見，在銀河系內(nèi)大約平均每1萬年會發(fā)生一次。引力波的探測要求儀器的靈敏度達到能夠檢測長度到為10-21量級的變化，也就是1000米的長度上變化10-18米，相當于質(zhì)子尺度的千分之一，對技術(shù)的要求極其苛刻。引力波的發(fā)現(xiàn)美國當?shù)貢r間2016年2月11日上午10點30分(北京時間2月11日23點30分)，美國國家科學基金會(NSF)召集了來自加州理工學院、麻省理工學院以及LIGO科學合作組織的科學家在華盛頓特區(qū)國家媒體中心宣布：人類首次直接探測到了引力波！這次探測到的引力波是由13億光年之外的兩顆黑洞在合并的最后階段產(chǎn)生的。兩顆黑洞的初始質(zhì)量分別為29顆太陽和36顆太陽，合并成了一顆62倍太陽質(zhì)量高速旋的黑洞，虧損的質(zhì)量以強大引力波的形式釋放到宇宙空間，經(jīng)過13億年的漫長旅行，終于抵達了地球，被美國的“激光干涉引力波天文臺”(LIGO)的兩臺孿生引力波探測器探到。引力波探測的意義引力波天文學將是繼傳統(tǒng)電磁波天文學、宇宙線天文學和中微子天文學之后，人類認識宇宙的全新窗口，必將引發(fā)一場天文學的革命。引力波探測除了能夠檢驗廣義相對論之外，還有助于證明其它版本的引力理論正確與否，還將推動引力量子化的研究，最終把引力融入其它三種基本相互用，完成愛因斯坦的偉大夢想。引力