引力波的探測(cè)

引力波探測(cè)器的發(fā)展早的引力波探測(cè)器是共振型引力波探測(cè)器:上世紀(jì)60年代，馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)家韋伯(JosephWeber)首先提出了一共振型引力波探測(cè)器。該探測(cè)器由多層鋁筒構(gòu)成，直徑1米，長(zhǎng)2米，質(zhì)量約1000千克，用細(xì)絲懸起來。當(dāng)引力波經(jīng)過圓柱時(shí)，圓柱會(huì)發(fā)生共振，進(jìn)而可以通過安裝在圓柱周圍的壓電感器檢測(cè)到。韋伯曾經(jīng)在相距1000千米的兩個(gè)地方同時(shí)放置了相同的探測(cè)器，只有兩個(gè)探測(cè)器同時(shí)檢測(cè)到相同的信號(hào)才被記錄下來。1968年，韋伯宣稱他探測(cè)到了引力波，立刻引起了學(xué)界的轟動(dòng)，但是后來的重復(fù)實(shí)驗(yàn)都無所獲。后來人民發(fā)展出了激光干涉儀為原理的探測(cè)器。世界范圍內(nèi)，除了美國(guó)LIGO引力波探測(cè)器之外，還有德國(guó)和英國(guó)合作的GEO600、法國(guó)和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及計(jì)劃中的LCGT、澳大利亞計(jì)劃中的AIGO以及印度計(jì)劃中的LIGO-India。引力波探測(cè)的原理是利用激光干涉引力天文臺(tái)來探測(cè)，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(jiǎn)單來說就是光速恒定，時(shí)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(hào)。具體原理涉及到相對(duì)論方程。激光干涉引力天文臺(tái)的建造激光干涉引力波天文臺(tái)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(tái)開始進(jìn)行改造，包括采用更高功率的激光器、進(jìn)一步減少振動(dòng)等。2015年，最新的激光干涉引力波天文臺(tái)正式上線。最新建造的激光干涉引力波天文臺(tái)在華盛頓州與路易斯安那州之間架設(shè)了兩個(gè)引力波探測(cè)器，主要部分是兩個(gè)互相垂直的長(zhǎng)臂，個(gè)臂長(zhǎng)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(zhǎng)大大增加，這樣就會(huì)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(duì)系統(tǒng)帶來的干擾，光學(xué)裝置安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的防振臺(tái)上，為降低空氣分子熱運(yùn)動(dòng)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(gè)相同的探測(cè)器，彼此相距3000公里。只有兩個(gè)探測(cè)器同時(shí)檢測(cè)到信息時(shí)，才有可能是引力波的信號(hào)引力波探測(cè)遇到的困難事實(shí)上，引力波就像是時(shí)空的漣漪，如果將時(shí)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(dá)到光速。為了尋找引力波，科學(xué)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?yàn)榇筚|(zhì)量天體可以產(chǎn)生相對(duì)較強(qiáng)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(huì)發(fā)生一次。引力波的探測(cè)要求儀器的靈敏度達(dá)到能夠檢測(cè)長(zhǎng)度到為10-21量級(jí)的變化，也就是1000米的長(zhǎng)度上變化10-18米，相當(dāng)于質(zhì)子尺度的千分之一，對(duì)技術(shù)的要求極其苛刻。引力波的發(fā)現(xiàn)美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2016年2月11日上午10點(diǎn)30分(北京時(shí)間2月11日23點(diǎn)30分)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)召集了來自加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院以及LIGO科學(xué)合作組織的科學(xué)家在華盛頓特區(qū)國(guó)家媒體中心宣布：人類首次直接探測(cè)到了引力波！這次探測(cè)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(yáng)和36顆太陽(yáng)，合并成了一顆62倍太陽(yáng)質(zhì)量高速旋的黑洞，虧損的質(zhì)量以強(qiáng)大引力波的形式釋放到宇宙空間，經(jīng)過13億年的漫長(zhǎng)旅行，終于抵達(dá)了地球，被美國(guó)的“激光干涉引力波天文臺(tái)”(LIGO)的兩臺(tái)孿生引力波探測(cè)器探到。引力波探測(cè)的意義引力波天文學(xué)將是繼傳統(tǒng)電磁波天文學(xué)、宇宙線天文學(xué)和中微子天文學(xué)之后，人類認(rèn)識(shí)宇宙的全新窗口，必將引發(fā)一場(chǎng)天文學(xué)的革命。引力波探測(cè)除了能夠檢驗(yàn)廣義相對(duì)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(dòng)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(mèng)想。引力