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全部话题 - 话题: ligo
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来自主题: Military版 - LIGO真的探测到引力波了吗?
梅晓春(1) 俞平(2)
(1)福州原创物理研究所 (2)美国Cognitech计算技术研究所
2016年2月11日,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)的负责人,加州理工学院的
David Reitze教授向全世界宣布:人类首次直接探测到引力波,同时首次观测到双黑洞
的碰撞与并合。
这个实验结果轰动全球,成为各种媒体的热点新闻,在科学界被广泛讨论和高度推
崇。它意味着物理学界苦苦追寻几十年之后,爱因斯坦广义相对论关于引力波的预言最
终获得验证。标志着天文学已经进入新的时代,人类从此打开了一扇观测宇宙的全新窗
口。
事情追溯述到北京时间2015年9月14日17点50分45秒,位于美国路易斯安那州利文
斯顿和华盛顿州汉福德的激光干涉仪引力波天文台的两个探测器,在相差千分之7秒的
时间内观测到了一次引力波事件:GW150914。根据LIGO的数据,该引力波事件发生于距
离地球13亿光年之外的一个遥远星系中。两个分别为36和29太阳质量的黑洞并合为62太
阳质量的黑洞,3个太阳质量的物质被转化成引力波辐射到太空。在双黑洞并合最后时
刻,引力波辐射的峰值比整个可观测宇宙的电磁辐射强度还要高10... 阅读全帖
M********t
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来自主题: Joke版 - 引力波 带人类倾听星辰大海之声 新浪科技 ugmbbc 8小时9分钟前 在一波又一波传言后,终于!北京时间2016年2月11日23:40左右,激光干涉引力波天文台(LIGO)负责人、加州理工学院教授David Reitze宣布,人类首次发现了引力波。发布会上究竟揭开了哪些谜团?与之前的传言有何不同吗?中国科学院国家天文台黑洞来客团队(团队主要成员苟利军 研究员为国家天文台恒星级黑洞研究创新小组负责人,而这次被探测到的引力波正是来自双黑洞系统),全面解读这场激动人心的发布会。 正如发布会所言,在被预言将近百年、苦苦追寻几十年之后,首个位于地球之外13亿光年的引力波源GW150914被人类直接探测到,这是一个值得纪念的伟大时刻,一个新时代的序幕正在拉开——地球人,欢迎你来到引力波时代! 激动人心的发布会结束了,其重点内容可以被简单归纳为三点: (1)引力波终于被探测到了。 (2)引力波产生于两个恒星量级黑洞的合并(merger)。 (3)引力波是美国的激光干涉引力波天文台(英文简称LIGO)发现的。 接下来,让我们逐个分析和解释一下以上三点,从而对这项具有划时代意义的科学发现做一个稍微深入的了解: http://static.cnbetacdn.com/article/2016/0212/41080c0cddd85b8.jpg 双黑洞系统想象图。(来源于LIGO网站)) 天外飘来引力波 对于“波”,我们并不陌生,生活中时常会听到无线电波、电磁波、声波、光波等等,引力波也是波的一种。 既然称之为引力波,它必然与引力有关。所以,在更深一步了解引力波之前,我们需要了解一下人类对于引力的认识过程。17世纪末的物理学家牛顿看到了下落的苹果,意识物体之间普遍存在的一种力,称之为“引力”,并且将其数学化,这就是我们熟知的万有引力。万有引力认识的精髓是物体质量的存在导致了引力,这在牛顿之后的两百多年里被认为是宇宙间的绝对真理。直到1905年狭义相对论发表,再到1915年广义相对论的发表,爱因斯坦提出了一种完全不同的对于引力的看法,引力是因为质量对于时空造成了变形所导致,而非质量之间的吸引。这就意味着,我们时空可被当做一种可以变形的介质来认识。所以引力波,简单来说,就是时空自身的波动。相比较我们熟知的无线电波(或者电磁波),它仅仅是在时空之中传播的,时空是它的媒介。 人们常说“星辰大海”,如果将时空视作海洋,那么天体就如同海洋生物一般。可以想象,如果大海中的某个生物摇了摇尾巴、或是晃了晃头,海水由此所产生的波动就会向外传播。与此类似,宇宙中某个天体的剧烈活动,会对所在的时空产生扰动,时空自身的波动也会向远处传播,如果足够强,就能够为地球上的我们所感知。 在引力的世界中,我们的宇宙通常是平静的。可是在北京时间2015年9月14日17点50分45秒,地球上的LIGO探测器却探测到了来自于宇宙深处距离地球13亿光年之外的一场引力风暴,来自于一个双黑洞系统的合并,以它的探测日期命名为 GW150914。 http://static.cnbetacdn.com/article/2016/0212/12c0afa9d0fc4fb.jpg LIGO的两个观测站探测到了同一个引力波事件。上面为观测得到的曲线,下面是和理论相比较之后的拟合结果。(来源于LIGO所发文章) 两个黑洞的“火并” 此次发布会的另外一个亮点就是双黑洞。这也是人们首次直接发现双黑洞,这两个黑洞的质量分别为26和39太阳质量,属于恒星级黑洞。或许你已经听腻了黑洞,生活中时不时的会听到某某黑洞爆发了,某某黑洞吞吃恒星了等等。但是这此发现却有些不同,两个天体都是黑洞,互相绕转,最后合并。这听起来像是一场黑吃黑的火拼,甚至有点儿像港片里熟悉的火爆场面。黑洞合并产生了非常强烈的时空振荡,所以我们遥远的地球才观测到了。 黑洞通常认为是大质量(超过25个太阳质量,请注意这是前身星的质量)的恒星在其演化的最终阶段,恒星中心会形成我们了解的恒星级黑洞。它们的质量通常预计在3个太阳质量到100个太阳质量之间。因为黑洞本身没有任何的辐射(不考虑量子效应下的霍金辐射,它的电磁辐射也是异常微弱),所以我们不能直接看到黑洞。我们的银河系或者其他类似的星系当中当中,每个星系都预计存在着上千万个恒星级黑洞,但是绝大多数的黑洞都是孤独存在的天体,如同幽灵般,没有任何辐射或者辐射及其微弱,所以很难被看到。 所幸,有的黑洞处于双星系统当中,就像发布会中提及的系统,而且另外一个天体是正常的恒星(也称之为伴星)。在这种情形之下,黑洞会从正常恒星上吸积气体,在其周围产生一个吸积盘,以至于某些时候吸积气体的量过多,不能被黑洞直接吞掉,这时还会沿着黑洞的两个转轴将多余的气体抛射出去,从而产生非常壮观的喷流。正是因为吸积盘和喷流的存在,他们都能够产生我们非常熟知的电磁辐射(也就是有我们熟知的光子产生),从而我们利用传统的探测方式,比如地面或者太空的望远镜,就可以间接地探测黑洞的存在。 大约在50年前,人类就是利用此方法发现了第一个黑洞候选体,天鹅座X-1 (Cygnus X-1)。在1974年,地球上两颗聪明的大脑、理论物理学家霍金和好朋友基普·索恩就这个候选体是不是黑洞而打了个赌,他们以一年的成人杂志《阁楼》作为赌注。后来的观测是利用天鹅座X-1中的伴星运动测得了黑洞质量,大约为15个太阳质量,从而霍金认输并且在两人的赌书上签名按上了自己的手印。基普·索恩从那时起就赢了。 对于双黑洞系统,他们几乎不会产生能够为传统方式所观测到的光子。所以,即使它们存在,仅凭借传统的观测方式,我们也无法发现他们。况且,很多的人都怀疑它的存在。但是,在双黑洞绕转,尤其是合并之时,会产生很强的引力波。只要引力波探测器足够灵敏,我们就可以发现它们的踪影。面对大家的怀疑,LIGO的发现用事实证明了它的存在。而此次发现引力波的天文台的创建人之一就是基普·索恩——索恩教授又一次赢了! 引力波为黑洞做名片 在观测到了完整的引力波形之后,利用一种叫做匹配滤波(waveform matching)的方法,理论上就可以推断出系统的性质信息,包括合并之前和之后。比如,对于双黑洞系统,可以推断出合并之前的黑洞质量,自旋和轨道,以及合并之后的质量和自旋。此次新闻发布会中所提及的引力波事件,就得到黑洞的质量在合并之前是26个和39个太阳质量,合并之后是62个太阳质量(合并之前的两个黑洞自旋参数值限制的并不是很好),合并后黑洞是一个克尔黑洞,其自旋参数值为0.67。 你或许会有疑问,合并之后怎么少了3个太阳质量,它跑到什么地方去了?引力波也是携带能量的,在黑洞合并之时,它的形状非常不对称,不是我们看到的单个黑洞的球形,所以在振荡恢复的过程当中,一部分质量就通过引力波的方式辐射出去,从而为我们所接收。合并的时间非常之短,仅仅在大约0.05秒的时间,就将3个太阳质量(大约6.0E30公斤)的能量就通过引力波的方式释放出去,也就是说在一秒钟可以释放出大约10^32公斤的能量。相比较之下,我们的整个宇宙包含了大约1.0E22个太阳,而每个太阳每秒钟向外辐射大约4.0E9公斤的物质能量,所以黑洞合并的最后释放出比整个宇宙每秒钟辐射出的电磁总能量还要高出3倍。 http://static.cnbetacdn.com/article/2016/0212/3aa5437d0cd140c.jpg 双黑洞系统在不同阶段所产生波形随时间演化图。双黑洞系统的演化包括三个阶段:旋近(inspiral), 合并(merger)和铃振(ring down)阶段。(来源于LIGO所发文章) 我们注意到,合并前黑洞的质量为26个和39个太阳质量——这两个质量都比目前已知的恒星级黑洞要重许多。我们现在已经确认了大约20多个恒星级黑洞,最重的恒星级黑洞位于M33 X-7系统中,为16个太阳质量。而其它所有确定的黑洞质量均比这个小,大多数是七八个太阳质量左右。尽管理论之前预言了更大质量的黑洞的存在,但是之前从来还没有发现过,所以此次发现更大质量黑洞,对于黑洞的形成渠道也有着重要影响。 我们所看到的所有恒星,都是处于旋转当中。所以对于那些由恒星塌缩而形成的黑洞而言,它们也是处在旋转之中。对于黑洞的旋转,天文学家用一个叫做“自旋参数”的量来表示,它在0和1之间变化——0代表了没有转动的黑洞(也叫“史瓦西黑洞”),而1代表了理论上黑洞所具有的转动最大值(也叫“极端克尔黑洞”)。对于此次观测中合并以后的黑洞,它的自旋参数为0.67。如果我们以转速来描述,它在以每秒钟100转的速率转动。相较而言,我们刚才提到的人类第一个黑洞“天鹅座X-1”,它是一个极端克尔黑洞,差不多在以超过1000转每秒的速率转动。 如果你觉得转速依旧很难理解,那我们可以想象一下《星际穿越》电影的一个情节,主人公在卡刚都亚黑洞的行星上只呆了3个小时,但是后来却发现飞船上已经过了23年,时间相差了6万倍。要有这样巨大的时间差,其中条件就行星极度靠近黑洞的同时,黑洞也以最大速度转动。按照相对论理论所言,这样行星上的时间就会被极大的拉长。天鹅座黑洞的转速就具有类似于电影中卡刚都亚黑洞那样的转速。对于此次引力波探测到黑洞而言,即使有某个行星在其周围最靠近的稳定存在,那么对于它的时间也会流逝的很慢,不过不会有6万倍那么大的差别,最多也就2倍左右。 对于黑洞而言,有着非常著名的无毛定理,也就是说黑洞只需要简单的几个量就可以描述。对于宇宙当中的黑洞,只需要我们上面所说的质量和自旋参数就可以完整的描述。当我们知道了黑洞的质量和自旋参数一些性质时,我就可以很容易的对黑洞本身的全貌做出一个描绘,就如同给出了一个人的完整自画像。而引力波的方法可以快速给出黑洞的完整信息,这相比较传统的观测方式,更为有效,尽管在观测方面有些困难。 氢原子的百亿分之一 从预言到探测,物理学家等待引力波的到来已有一百年之久,为什么引力波这么难得一见?主要原因是,相比较其他的几种力(强力,弱力,电磁力),引力是最弱的,相应的引力波效应也就很弱。想当初爱因斯坦在发表自己新的理论之后,就估算了引力波的强度。引力波的强度通常利用相对变形大小来表示,但是结果往往是小的可怜,几乎无法探测到。引力波是时空的自身变形,在一个方向上被拉伸,在其垂直的另外一个方向上就会被压缩。如果我们有一天,我们被同样的双黑洞系统在合并时所产生的引力波(变化强度为1.0E-21)所击中的话,理论上来说,我们同样会经历一个稍微变高变瘦,然后变胖变矮一些的过程。实际上,对我们身高不超过2米的人类来说,导致的变化大约为2E-21,为一个氢原子的五百亿分之一(一个氢原子的大小大约为1.0E -10米)。 引力波的效应是如此之小,所以一方面需要增加探测的长度,来增强变化的效应,另外一方面通过巧妙的方法来探测到微小的变化。这也是此次新闻发布会中提到的激光干涉引力波天文台(LIGO)在建造之初所考虑的。它有两个观测点,分别建在美国华盛顿州的列文斯顿和路易斯安那州的汉福德。每个观测点都有两个互相垂直,每条长达4公里的臂。长臂中间是高度真空的管子,而在长臂两端,悬挂着大约直径34厘米、重达40kg的反射镜。LIGO的探测器利用激光干涉技术,不间断地测量每对反射镜之间的距离。每当引力波通过探测器时,人们会探测到两对反射镜之间的距离呈现此消彼长的周期性变化。 即使对于LIGO天文台4公里的长臂,引力波所造成的变化也是极其微小的。对于此次新闻报道中的双黑洞合并,其可能产生的尺度相对变化最高可为1.0E-21,意味着4公里的长度也仅仅只变化了一个氢原子直径的2.5千万分之一。为了达到这个精度,LIGO的科学家做了许多精密的设计,保证探测系统的稳定,保证LIGO反射镜的位置随机涨落小于一个氢原子大小的百亿分之一,从而保证可以相对比较容易的探测到可能的引力波源。 LIGO在1999年建成并且开始运行。但是在进行升级之前(也就是2010年),没有探测到任何确定的引力波事件。从2010年开始,LIGO对探测器进行了第二阶段的升级,2015年6月进行测试运行,2015年9月开始正式运行,第一阶段的科学运行一直持续到2016年1月,升级后的版本被称为Advanced LIGO (简称aLIGO)。而此次新闻发布会的结果其实就是在刚刚升级完之后,由还在进行测试中的的aLIGO所探测到的。相比较之前,aLIGO的探测灵敏度提高了10倍。而且此次的双黑洞所产生的引力波强度就在仅仅比最初LIGO的灵敏度低一些,所以当LIGO的升级刚刚完成,在试运行的阶段就发现了所报道的双黑洞系统。探测到引力波似乎就在本来的预料当中。就像发布会中所言,这或许是大自然给我们苦盼许久的一份礼物。2012年,LIGO天文台创建人基普·索恩在《科学》杂志的一篇评论文章中说,预计在2017年,第一例黑洞合并的事例将会被发现。当时预计LIGO的升级会在2016年底完成,结果是升级进度超前,让我们提前听到了宇宙时空的声音。 http://static.cnbetacdn.com/thumb/article/2016/0212/a4e034c670c7a62.jpg_600x600.jpg LIGO和aLIGO灵敏度比较(左);LIGO和aLIGO探测范围比较(右)。(图片来源于LIGO网站) 谁将撼动时空 那么在我们的星辰大海中,什么样的天体才能够撼动我们的这个宇宙时空,让位于遥远地球上的LIGO探测到呢?现在通常认为有如下四种: (1)旋进(In-spiral)或者合并的致密星双星系统。比如中子星或者黑洞的双星系统。非常类似于发布会当中的系统。 (2)快速旋转的致密天体。这类天体会通过周期性的引力波辐射损失掉角动量,它的信号的强度会随着非对称的程度增加而增加。可能的候选体包括非对称的中子星之类的。在《星际穿越》电影当中,教授说它发现了引力波,而它的其中一个产生机制很可能就是由一个快速转动的中子星,其表面大约2厘米的凸起所产生的(具体分析可以参阅由基普·索恩撰写的星际穿越一书)。 (3)随机的引力波背景。非常类似于我们通常熟知的宇宙背景辐射,这一类背景引力波,也通常叫做原初引力波,它是早期宇宙暴涨的遗迹。2014年由加州理工、哈佛大学等几个大学的研究人员所组成的BICEP2团队曾宣称利用南极望远镜找到了原初引力波,但是后来证实为银河系尘埃影响的结果。原初引力波的探测将是对暴胀宇宙模型的直接验证,对于它的探测依旧在努力寻找之中。 (4)超新星或者伽马射线暴爆发。恒星爆发时非对称性动力学性质也会产生引力波。而直接探测到来自于这些天体的引力波,将是提供对这些天体最直接而且最内部的信息。 除过LIGO之外,还有意大利的VIRGO引力波探测器,日本的KAGRA探测器以及英国德国的联合GEO-HF探测器。相信在不远的未来,引力波的探测事例会如同春笋般爆发,越来越多。 http://static.cnbetacdn.com/article/2016/0212/8dad832e823b89e.jpg 全球引力波天文台分布(来源于LIGO网站) 为一窥宇宙初生 毫无疑问引力波是对广义相对论的一个最直接的验证。另外它在弱场中已经得到验证,但是对已强引力之下的验证,之前却从来没有验证过。所以此次的观测,是对广义相对论的一个非常好的检验。 引力波以光速传播,它与物质的相互作用非常非常的弱,所以引力波可以给我们提供我们宇宙几乎无阻挡的图景,而这个几乎是无法利用我们熟知的电磁波来达到的。比如,利用引力波,我们可以看到宇宙的最早期,宇宙大爆炸之后的1.0E-36秒开始的宇宙形成过程,而对于电磁波而言,它最早只能看到大爆炸后的大约300,000之后的宇宙历史,在此之前,电磁波是不能给我们提供的。所以引力波是我们了解我们宇宙形成的最好工具。 如果还记得,在《星际穿越》电影中的结尾之时,主人公库珀身处一个5维时空的超体方体中,为了将从黑洞中心所提取出来的信息传递给身处4维时空的女儿墨菲,人为的制造引力波效应,成功将信息传递,从而人类得以解救。引力波从目前物理学家的认识来看,是唯一一种可以在不同维度传播的波。不同宇宙之间的碰撞,会产生引力波。说不定在不远的将来,我们也可以依靠引力波来判断多重宇宙的存在与否。 就如同一个天生的聋哑人,一直在听别人说声音的存在,突然有一天听力恢复了。我想我们此刻的心情也是差不多如此。引力波给我们打开了一扇全新的窗口。引力波是一种方式,是一种看待世界的方式。历史的发现轨迹告诉我们,每一扇新的窗口被打开,都会有令人称奇的发现。虽然LIGO的探测能力还是有限,一旦这个引力波的世界被撬开了一道小的裂缝,让我们看到了春天的种子,相信硕果累累的引力波丰收季节也不会太远。
引力波
带人类倾听星辰大海之声
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在一波又一波传言后,终于!北京时间2016年2月11日23:40左右,激光干涉引力波天
文台(LIGO)负责人、加州理工学院教授David Reitze宣布,人类首次发现了引力波。
发布会上究竟揭开了哪些谜团?与之前的传言有何不同吗?中国科学院国家天文台黑洞
来客团队(团队主要成员苟利军 研究员为国家天文台恒星级黑洞研究创新小组负责人
,而这次被探测到的引力波正是来自双黑洞系统),全面解读这场激动人心的发布会。
正如发布会所言,在被预言将近百年、苦苦追寻几十年之后,首个位于地球之外13亿光
年的引力波源GW150914被人类直接探测到,这是一个值得纪念的伟大时刻,一个新时代
的序幕正在拉开——地球人,欢迎你来到引力波时代!
激动人心的发布会结束了,其重点内容可以被简单归纳为三点:
(1)引力波终于被探测到了。
(2)引力波产生于两个恒星量级黑洞的合并(merger)。
(3)引力波是美国的激光干涉引力波天文台(英文简称LIGO)发现的。
接下来,让我们逐个分析和解释一下以上三点,从而对这项具有划时代意义的科学发现
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来自主题: Joke版 - 从引力波谈爱因斯坦的幸运   作者:施郁  (复旦大学物理学系)   2016年2月12日是中国农历大年初五。因为所谓“抢财神”的习俗,在零点前后,我当时所在的城市鞭炮声大作。这成了我浏览互联网上铺天盖地的引力波被探测到的新闻发布和原始论文的喜庆伴奏。当时, 我想到爱因斯坦的幸运,便开始写这篇文章。   爱因斯坦曾经感叹牛顿的幸运,而他自己又何尝不幸运至极。他在广义相对论方面的工作就有很多幸运之处。   在创立狭义相对论并为量子论奠基十年以后,居住在柏林的爱因斯坦在个人婚姻纠葛的时期,于1915年创立了广义相对论[1,2,3],并在次年预言了引力波的存在[4,2]。1918年他得到能量变化率与质量4极矩3阶变化率的关系[5]。美国激光干涉引力波天文台(LIGO)观测到引力波这件事正好成为对广义相对论100周年的纪念。   广义相对论的精髓是物质运动与时空几何的统一和相互影响,在引力场方程上表现为能量和动量与代表时空弯曲程度的量之间的相等。引力使得时空弯曲,需要用非欧几里德几何描述。爱因斯坦创立广义相对论时,物理学家对此还不熟悉,但数学上对于非欧几何已经有深入的研究。在20世纪50年代后的广义相对论和杨-米尔斯场论大发展之前,几何独立于理论物理,取得了长足的进展,可以用杨振宁的诗句“欧高黎嘉陈”概述(指欧拉、高斯、黎曼、嘉当、陈省身)。而爱因斯坦创立广义相对论时,幸运地得到了他的数学家朋友格罗斯曼(M. Grossmann)的帮助,导致他能够最终成功地将物理思想用数学公式表达出来。   创立广义相对论的高潮在于爱因斯坦1915年的一段非常紧张的工作[2,3]。6月他在哥廷根向希尔伯特等人做了一个星期学术报告,介绍他在广义相对论上的工作。10月,爱因斯坦发现自己工作有错误,还听说希尔伯特也发现了他的数学错误并正在取得进展。11月4日开始,按照既定安排,爱因斯坦在普鲁士科学院每周一次介绍广义相对论。经过非常紧张的工作,爱因斯坦终于在11月16日收到希尔伯特的引力场方程之前取得成功,并算出与天文观测相符的水星近日点进动。在11月25日的最后一次报告中,他终于能够写下他的引力场方程。幸运的爱因斯坦!   1861年,麦克斯韦写下后来以他的名字命名的电磁场方程组,在接下来的几年内他提出了电磁波的存在,并认为司空见惯的光就是一种电磁波。而完备的专著发表于1864年。赫兹在1887年(即麦克斯韦去世8年后)人工产生并探测了无线电波这种电磁波。与之类似,1916年爱因斯坦发表了一篇论文,预言了引力波[2]。爱因斯坦去世60年后的现在,引力波终于被探测到。在4中基本相互作用中,只有电磁作用和万有引力是长程的,所以引力波显然是了解宇宙的一个新窗口。   波是振动的传播。而引力波所传播的是时空度规的振动。度规是一种几何性质。比如平面或者球面上两点之间的间隔都可以用面上的坐标算出,但是公式不一样,这就是因为度规不一样。而在相对论中,有一个与参照系无关的固有时间间隔,它可由时间间隔和空间坐标间隔算出,具体的公式也取决于度规。当物质质量分布发生巨大的变化时,比如高密度天体(如中子星或者黑洞)之间碰撞或者恒星爆炸或坍塌时,会产生引力波。胡斯(R. A. Huse)和泰勒(J. H. Taylor Jr.)于1974年发现的脉冲双星(两个互相旋转的脉冲星)的轨道不断减小,这可以用引力波来解释。他们获得了1993年的诺贝尔物理学奖。理论上认为,宇宙极早期的暴涨会产生原初引力波,从而导致宇宙微波背景辐射在某个尺度上有某种偏振现象。该现象被位于南极的宇宙学河外偏振背景成像(BICEP2)望远镜于2014年观察到,但是后来发现是宇宙尘埃造成的。   LIGO观测到的引力波产生于两个黑洞的并合[6]。大约13亿年前两个黑洞并合产生的引力波于2015年9月14日经过LIGO的两个探测器。幸运的是升级后的LIGO在两天前刚开始运行[7]。这两个探测器实际上是两个巨大的迈克尔孙干涉仪。垂直于干涉仪通过的引力波使得每个干涉仪的4公里长的两臂的长度各有微小的振荡,导致振荡的相位差,从而给出振荡的干涉信号。110年前,狭义相对论解释了迈克尔孙干涉仪测量以太漂移的零结果。现在,迈克尔孙干涉仪又测量到了引力波,检验了广义相对论。确实,现代光学和精密测量技术对引力波探测立下汗马功劳,使得LIGO能够测出小于原子核大小的两臂长度差。历史上引力波探测曾催生量子非破坏性测量的概念,也有原来从事引力波探测的研究人员成为量子测量的专家。   回到爱因斯坦。1933年爱因斯坦移居到美国普林斯顿,引力、统一场论和对量子力学的质疑是他当时关心的问题。爱因斯坦和他的助手罗森(N. Rosen)寻找引力波方程的平面波解,发现这使得度规中不可避免会有奇点(变得无穷大)。现在我们知道这只是表明单一坐标系不足以描述平面引力波,就好比南极和北极的经度无法确定,不是物理上真正的奇点。但是他们当时却以此认为引力波不存在。1936年,他们写了一篇文章投到美国期刊《物理评论(Physical Review)》[8]。这时,爱因斯坦的幸运表现在文章被编辑泰特(John Tate)退回,要求考虑审稿人的意见。审稿意见长达10页,出于专家之手。其实,虽然指出爱因斯坦和罗森的错误,审稿人仍然认为这篇文章有值得赞誉之处,建议经过修改后发表。显然,气愤的爱因斯坦没有研究审稿意见,把文章原封不动地改投到《富兰克林学会会刊(Journal of Franklin Institute)》,文章很快被接受。再次幸运的是,从加州理工学院等地访问回来的同事罗伯森(H. P. Robertson,量子力学教科书上不确定关系的证明源于他)通过爱因斯坦的新助手英菲尔德告诉他们爱因斯坦-罗森工作的错误,并帮助解决了问题。这导致最后发表出来的文章结论完全改变了,成为圆柱状引力波[9]。爱因斯坦幸运地没有否定自己20年前对引力波的预言。近年来Kennefick发现,爱因斯坦本来可以通过阅读《物理评论》的审稿人意见知道自己的错误,因为罗伯森正是泰特为爱因斯坦-罗森文章所找的审稿人。这段历史的详细分析和记述来源于2005年Kennefick发表于《Physics Today》的文章[8]以及刘寄星发表于《物理》的文章[10](根据美国物理学会期刊主编M. Blume参考Kennefick一篇预印本文章所作的报告,包含Kennefick文中所没有的泰特致爱因斯坦两封信件的复印件)。 几天前出现LIGO探测到引力波的传言时,我便想到爱因斯坦的这件事。   1936年的爱因斯坦幸运地被同行评议制度避免了发表一篇错误的论文,而1905年的爱因斯坦恰恰曾幸运地因为德国《物理学年鉴(Annalen der Physik)》的宽松而得以在该杂志发表5篇改变物理学的论文,特别是看上去离经叛道的狭义相对论和光量子论文。而在爱因斯坦移居普林斯顿后完成的爱因斯坦、罗森和玻多尔斯基(B. Podolsky)质疑量子力学完备性的论文(EPR论文)以及爱因斯坦和罗森关于爱因斯坦-罗森桥(即虫洞)的论文都未经审稿在物理评论发表[8]。后来的历史表明这两篇文章也极为重要,当然是应该发表的。EPR成了爱因斯坦被引用最多的论文。Kennefick认为引力波当时是广义相对论众所周知的预言,所以泰特经过犹豫后将爱因斯坦-罗森证明它不存在的这篇论文送审。而关于爱因斯坦-罗森桥的论文是当时与别人进行的一个争论,所以未经审稿直接发表。那么,质疑当时从一个胜利走向另一个胜利的量子力学的EPR论文为何不经审稿直接发表呢?笔者认为,这是因为EPR承认量子力学技术上的正确性,质疑的只是量子力学的完备性,即是否完全描述客观实在,讨论具有哲学性质。顺便说一下,最近这两篇论文在关于黑洞量子性质的理论讨论中被联系起来。   1917年,爱因斯坦将广义相对论用于宇宙学[11]。如果只有引力而没有斥力,宇宙整体上不能保持静止,所以他在引力场方程中又加了一个代表斥力的宇宙学常数项,虽然他也觉得这个做法很不自然(现在我们知道这也不能真正使宇宙静止)。但是很快人们开始讨论宇宙膨胀,从弗里德曼(A. Friedmann) 、勒梅特(G. Lamaite)和德希特(W. de Sitter)等人的模型研究到哈勃(E. Hubble)的1929年的观测发现。 大爆炸宇宙学的创始人伽莫夫(G. Gamow)在他的自传《我的世界线(My Worldline)》(笔者本科生时代读到这本书后,一直记忆犹新,所以将世界线用于本人的博客名称中)中告诉我们,爱因斯坦曾说过宇宙学常数是他一生最大的错误[12]。所以1936年爱因斯坦-罗森关于引力波的文章所用的引力场方程中,已经没有宇宙学常数。但是在当代,作为联系宇宙学与微观的量子场论的一个桥梁,宇宙学常数成了一个重要的研究课题。近年来宇宙加速膨胀和暗能量的发现更使得宇宙学常数的概念得到复活。这又是爱因斯坦的幸运,虽然他失去了预言宇宙膨胀的机会。   最后,用笔者与杨振宁先生以前的一段讨论结束本文。   施:您认为爱因斯坦(而非麦克斯韦)是仅次于牛顿的伟大物理学家。我也这样认为。您能不能简单说说您的理由?   杨:麦克斯韦是一位伟大的物理学家,他对人类的贡献无法可以被夸大。但是从对物理学基本概念的贡献的角度来说,他不能与爱因斯坦相比。爱因斯坦(1)改变了我们对于时间和空间的理解,从而给理论物理带来对称性的概念和对称性支配相互作用的思想,(2)创造了引力的几何概念,(3)帮助创立了量子力学。   感谢杨振宁先生的交流和阅读本文。   参考文献:   [1] A. Einstein,Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss. (1915) 844.   [2] A. Pais, Subtle is the Lord, OxfordUniversity Press, New York (1982).   [3] W. Isaacson, Einstein:His Life and Universe. Simon & Schuster, New York (2007).   [4] A. Einstein,Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss. (1916) 688.   [5] A. Einstein,Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss. (1918) 154.   [6] B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and the Virgo   Collaboration), Phys.Rev. Lett. 116 (2016) 061102.   [7] E. Berti, Physics9 (2016) 17.   [8] D. Kennefick,Physics Today, September 2005, p. 43. 这篇文章后来吸收进该作者的书《Traveling at the speed of thought》.   [9] A. Einsteinand N. Rosen, J. Franklin Institute 223(1937) 43.   [10] 刘寄星,物理,34, 2005, p.487.   [11] A. Einstein, Sitzungsber.K. Preuss. Akad. Wiss. (1917) 142.   [12] G. Gamow, 《My Worldline》, Viking, New York, 1977. (XYS20160218)
从引力波谈爱因斯坦的幸运
作者:施郁  (复旦大学物理学系)
2016年2月12日是中国农历大年初五。因为所谓“抢财神”的习俗,在零点前后,
我当时所在的城市鞭炮声大作。这成了我浏览互联网上铺天盖地的引力波被探测到的新
闻发布和原始论文的喜庆伴奏。当时, 我想到爱因斯坦的幸运,便开始写这篇文章。
爱因斯坦曾经感叹牛顿的幸运,而他自己又何尝不幸运至极。他在广义相对论方面
的工作就有很多幸运之处。
在创立狭义相对论并为量子论奠基十年以后,居住在柏林的爱因斯坦在个人婚姻纠
葛的时期,于1915年创立了广义相对论[1,2,3],并在次年预言了引力波的存在[4,2]。
1918年他得到能量变化率与质量4极矩3阶变化率的关系[5]。美国激光干涉引力波天文
台(LIGO)观测到引力波这件事正好成为对广义相对论100周年的纪念。
广义相对论的精髓是物质运动与时空几何的统一和相互影响,在引力场方程上表现
为能量和动量与代表时空弯曲程度的量之间的相等。引力使得时空弯曲,需要用非欧几
里德几何描述。爱因斯坦创立广义相对论时,物理学家对此还不熟悉,但数学上对于非
欧几何已经有深入的研究。在20世纪50年代后的... 阅读全帖
M******a
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http://hx.cnd.org/?p=121931
在“克鲁斯科变换和数学创造论的发端”与“广义相对论百年”中,我详细讨论了黑洞
问题的来历和荒唐。黑洞就是数学上的奇点或者说无穷大发散的引力。在施瓦兹查尔德
半径之内,时间变成空间,空间变成时间。这些都是广义相对论得出的非常荒唐的结果
。广义相对论中的黑洞并不仅仅是不发光的很重的星体(这种东西宇宙中应该是存在的
),而必须具有两个本质特征,那就是施瓦兹查尔德半径上的无穷大发散的引力和施瓦
兹查尔德半径内的时空互换。如果不满足这两个本质特征,就不是相对论意义上的黑洞
。闪光的不一定是金子,不闪光的不一定是黑洞。因为这个关系,爱因斯坦从没有承认
黑洞。其他有些物理学家,比如温伯格,就不承认宇宙中有黑洞。霍金曾经是黑洞研究
方面的明星,并因此被捧为“爱因斯坦以后最伟大物理学家”,可是2015年初,他公开
否认黑洞的存在,说黑洞研究是他“一生中犯下的最大错误”,并说“相对论和量子理
论不相容”。
可是霍金的认错来得太晚。在这之前许多巨额项目已经启动,建造了一些非常昂贵的设
备从事引力波和黑洞探测。2014年3月17日,由哈佛-史密斯逊中心的... 阅读全帖
l***n
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5
北京时间2017年10月16日22点,美国国家科学基金会召开新闻发布会,宣布激光干涉引
力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)于2017年8月17日首次发现双中子
星并合引力波事件,国际引力波电磁对应体观测联盟发现该引力波事件的电磁对应体。
记者从中国科学院高能物理所获悉,我国第一颗空间X射线天文卫星——慧眼HXMT望远
镜(以下简称“慧眼”望远镜)对此次引力波事件发生进行了成功监测,为全面理解该
引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献,不仅以合作组形式加入了报告本次
历史性发现的论文(即发现论文),而且在论文的正文部分报告了观测结果。该论文于
10月16日正式发表。
我国第一颗空间X射线天文卫星——慧眼HXMT望远镜,于2017年6月15日在酒泉卫星发射
中心采用长征四号乙运载火箭发射。
据中科院高能物理研究所熊少林研究员介绍:“‘慧眼’望远镜在引力波事件发生时成
功监测了引力波源所在的天区,对其伽马射线电磁对应体(简称引力波闪)在高能区(
MeV,百万电子伏特)的辐射性质给出了严格的限制,相关探测结果发表在报告此次历
史性发现的研究论文中。”
引力波是191... 阅读全帖
x******i
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6
曹老师是数据分析专家。他带领团队,对数据分析的速度提高方面做了很多工作。在国
内没有经费专门支持的情况下,能坚持这方面的工作,这个很不容易。而且,想要在
LIGO中保持一席之地,不被踢出来,也不容易。
曹老师是计算机专业出身,但是当年在MIT LIGO实验室做了几年博士后,是曾经在核心
部门工作过的。LIGO这实验这么大,就是需要各种各样背景的人。也许每个人的工作看
起来是一小块,但是也都是实实在在的贡献。
很多物理学家都觉得物理学家特牛逼,其实挺可笑的。

:yes, more than 1000 authors, do you know how many non-physicists in the
list
:?
j********8
发帖数: 37
7
来自主题: Physics版 - LIGO 的新paper
我觉得LIGO将是一个失败的project.
八九年过去了,还是没有达到设计的resolution。现在又在追加 funding, 搞
advanced LIGO。最终的结果可能就是 laser 和 vacuum 技术上的一些进步。
w*******n
发帖数: 66
8
【 以下文字转载自 Astronomy 讨论区 】
发信人: woodtrain (坚强的骨和轻捷的足), 信区: Astronomy
标 题: 谁科普一下,清华曹JUNWEI和LIGO的关系
发信站: BBS 未名空间站 (Thu Feb 18 22:28:04 2016, 美东)
新华网吹了个牛,今天发现清华校友会也转了,可是我听到的国外的访谈录,LIGO团队
的负责人从来没有提到过清华大学对数据分析的贡献,谁在说谎?
S*******l
发帖数: 4637
L*********g
发帖数: 3001
10
麻辣隔壁
几百万年前发出的引力波,嗖的一下就经过地球了,恰好在ligo开机的时候就扑捉到了
这运气,刚刚的
S***a
发帖数: 934
11
前几年是LIGO Science Collaboration的几百个author之一,几篇paper加起来有近500
引用,不过对paper本身内容没什么实质性贡献
请问这次借着引力波的新闻应该如何claim?还是只提一下自己是collaborator就好了
,拿paper来做证明材料?
r*****s
发帖数: 590
12
哈哈 赞一个几百分之一 肯定水过
[在 Spica (Virgo Alpha) 的大作中提到:]
:前几年是LIGO Science Collaboration的几百个author之一,几篇paper加起来有近
500引用,不过对paper本身内容没什么实质性贡献

:...........
z****t
发帖数: 4322
13
Ligo
u****h
发帖数: 2193
14
http://www.gpeters.com/names/baby-names.php?name=Ligo
这个网站说是女的。
大师开始打洋妞主意?
S***a
发帖数: 934
15
来自主题: Joke版 - LIGO探测到引力波了
https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20160211
正在开新闻发布会
f*******b
发帖数: 186
16
我有一个专门的文件夹存放照片和一些数码相机照的video。最近一打开这个文件夹,就
跳出一个对话框,大意是说我有一些文件需要什么code来播放,并给出一个网址http"//
indeo.ligos.com。我点过去看了一些,需要15刀来购买。如果我忽略这个对话框,这个
文件夹就不再能够继续打开了,也就是我的那些所有的照片都无法再打开。
请问有没有人发生过这种情况?是不是病毒?如何解决这个问题?
多谢啊!!
w*******n
发帖数: 66
17
新华网吹了个牛,今天发现清华校友会也转了,可是我听到的国外的访谈录,LIGO团队
的负责人从来没有提到过清华大学对数据分析的贡献,谁在说谎?
w*******n
发帖数: 66
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新华网吹了个牛,今天发现清华校友会也转了,可是我听到的国外的访谈录,LIGO团队
的负责人从来没有提到过清华大学对数据分析的贡献,谁在说谎?
r*g
发帖数: 3159
19
来自主题: Physics版 - LIGO 的新paper
LIGO 在nature 上的新paper是好消息还是没消息?对string theory呢?xixixixi 和
whxhm1
还有其他专业人士能否科普一下?
x******i
发帖数: 3022
20
来自主题: Physics版 - LIGO 的新paper

这次主要是因为号称超过了nucleosynthesis bound,所以才有一点实际意义。
不过这个结果是多年前就计划好了的。
这些所谓的string模型,根据本人观察,其实是一些string-theory-"motivated"
toy models,跟first principle相距太远,而且又有好些不定参数。所以就算排除了,
意义也不大。
这个stochastic background,用LIGO来搞detection基本没啥希望。
s*******n
发帖数: 1474
21
来自主题: Physics版 - LIGO 的新paper
那发这文章,还是政治意义多些?
图啥呀?advanced LIGO应该已经fund了吧

了,
x******i
发帖数: 3022
22
There's also LIGO at MIT. Anyway ...
In terms of living condition, Caltech is far superior than the two sites,
which suck.
Hanford is in the middle of nowhere, site is close to nuclear power plants,
tap water
is rumored to contain Plutonium.
Livingston is in a poor area, many chemical plants around, tap water smells;
the area
is full of religious fanatics, like evangelists.
In terms of research, your advisor will know best where you should go, but:
For theory/data analysis/modeling, you should g
a********O
发帖数: 24
23
LIGO is a single (huge) project funded by NSF and carried out by
Caltech/MIT. There are theoretical groups on campus of both univs,
and two observatory sites, one at Hanford, Washington, one at Livingston,
Louisiana. The structures at both sites are the same: two 4-km tunnels
meet at the main building to form a large "L".
I know nothing about the Hanford site, but my friend brought me to visit
the Livingston site before. It's one hour's drive from Baton Rouge,
capital of Louisiana. The location
t*******a
发帖数: 4055
24
来自主题: Military版 - 引力波探测需要更多的检验
姬扬:引力波探测需要更多的检验
姬扬
姬扬
半导体超晶格国家重点实验室研究员
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2017-10-26 07:48:50 字号:A- A A+ 来源:观察者网
关键字: 引力波引力波探测LIGO诺贝尔奖
【文/ 观察者网专栏作者 姬扬】
利用巨大的干涉仪来探测微弱的引力波(LIGO国际合作项目),经过几千名科技人员、
几十年的辛勤工作,终于得到了回报,不仅在科学上取得了重大的成功,还在社会上造
成了巨大的影响。
2016年2月,LIGO召开新闻发布会,宣布第一次成功探测到引力波事件(GW150914),
引发了全世界对引力波的广泛关注,特别是因为爱因斯坦正好是在100年前提出了广义
相对论,也就是引力波的理论基础。此后,LIGO陆续发布了几次引力波的消息(
GW151226和GW70104,以及疑似的引力波事件LVT151012),但是却无法再度吸引人们的
注意力,可能是因为只有两个观测站能够测到信号的缘故。今年9月底,LIGO宣布,三
台引力波探测站(美国的两个LIGO和欧洲的VIRGO)同时观测到一个引力波事件(
GW170814),对引力波的关注度才... 阅读全帖
a*****y
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引力波项目研究者亲述:六年黑洞生活
2016年02月12日 18:46 新浪科技 微博
新浪科技 郑峻 发自美国硅谷
在爱因斯坦提出引力波概念整整100年后,人类终于首次直接观测到了引力波信号
,验证了爱因斯坦的预言。而这一划时代的探测发现,则来自于“激光干涉引力波天文
台”(LIGO)科研项目。这一项目最初在上世纪80年代由麻省理工学院和加州理工学院共
同提出,并在1992年得到了美国国家科学基金会(NSF)的资金支持。
随后两家学院将LIGO提升为LSC科研合作组织(LIGO Scientific Collaboration),
吸引越来越多的高校加入这个项目。如今“先进LIGO”(Advanced LIGO)项目已经包括
了全球100多所高校,吸引了上千名博士投入研发,包括日本、德国、英国、意大利、
澳大利亚、加拿大、中国和印度等主要国家。
作为美国知名高校,斯坦福大学也在后期加入“先进LIGO”项目,参与设计了项目
最为核心的技术之一——减震系统。作为斯坦福大学博士,来自中国河北的化文生曾经
为这个研究课题投入了整整六年时间。在引力波发现之后,心情颇为激动的他接受了新
浪科技驻... 阅读全帖
s*****r
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在爱因斯坦提出引力波概念整整100年后,人类终于首次直接观测到了引力波信号,验
证了爱因斯坦的预言。而这一划时代的探测发现,则来自于“激光干涉引力波天文台”
(LIGO)科研项目。这一项目最初在上世纪80年代由麻省理工学院和加州理工学院共同提
出,并在1992年得到了美国国家科学基金会 (NSF)的资金支持。

随后两家学院将LIGO提升为LSC科研合作组织(LIGO Scientific Collaboration),吸引
越来越多的高校加入这个项目。如今“先进LIGO”(Advanced LIGO)项目已经包括了全
球100多所高校,吸引了上千名博士投入研发,包括日本、德国、英国、意大利、澳大
利亚、加拿大、中国和印度等主要国家。

作为美国知名高校,斯坦福大学也在后期加入“先进LIGO”项目,参与设计了项目最为
核心的技术之一——减震系统。作为斯坦福大学博士,来自中国河北的化文生曾经为这
个研究课题投入了整整六年时间。在引力波发现之后,心情颇为激动的他接受了新浪科
技驻美记者的采访。化文生博士先后效力过谷歌、苹果、Airbnb等多家硅谷知名公司。

以下是经过编辑的化文生博... 阅读全帖
r*s
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在爱因斯坦提出引力波概念整整100年后,人类终于首次直接观测到了引力波信号,验
证了爱因斯坦的预言。而这一划时代的探测发现,则来自于“激光干涉引力波天文台”
(LIGO)科研项目。这一项目最初在上世纪80年代由麻省理工学院和加州理工学院共同提
出,并在1992年得到了美国国家科学基金会(NSF)的资金支持。
随后两家学院将LIGO提升为LSC科研合作组织(LIGO Scientific Collaboration),
吸引越来越多的高校加入这个项目。如今“先进LIGO”(Advanced LIGO)项目已经包括
了全球100多所高校,吸引了上千名博士投入研发,包括日本、德国、英国、意大利、
澳大利亚、加拿大、中国和印度等主要国家。
作为美国知名高校,斯坦福大学也在后期加入“先进LIGO”项目,参与设计了项目
最为核心的技术之一——减震系统。作为斯坦福大学博士,来自中国河北的化文生曾经
为这个研究课题投入了整整六年时间。在引力波发现之后,心情颇为激动的他接受了新
浪科技驻美记者的采访。化文生博士先后效力过谷歌、苹果、Airbnb等多家硅谷知名公
司。
前两天突然收到老师的Email, 叫... 阅读全帖
g**1
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爱因斯坦重力波侦测到 台湾与有荣焉
【记者王彩鹂╱即时报导】
February 11, 2016, 10:50 pm 9 次
LIGO重力波探测器的“心脏”雷射反射镜,是来自清大光电研究所教授赵煦团队的研发
。图/赵煦提供(原始资料来自LIGO)
爱因斯坦百年前预测的重力波,终于被美国雷射重力波侦测站(LIGO)成功侦测到,而侦
测到重力波仪器的“心脏”、雷射反射镜,是清华大学光电研究所教授赵煦的研究团队
所研发,台湾也成为全球15个参与计画的国家之一。
赵煦表示,爱因斯坦在1915年发表广义相对论,认为重力现象是有质量的物体对时空产
生的扭曲,并在1916年预测大质量的物体剧烈运动时,时空的扭曲将以重力波的方式传
播;但爱因斯坦当时认为,遥远的宇宙星体剧烈运动产生的重力波,传到地球非常微弱
,不可能在地球上侦测到。
人类首次侦测到物理界的“圣杯”─重力波,赵煦表示,具有三层重大意义:第一是爱
思斯坦百年前的预言获得证实,重力波的确存在;第二是直接观测到两个黑洞合并的运
动;第三是开启以重力波为观测媒介的天文学;未来和电磁波天文学搭配,将大幅扩展
人类探究宇宙之窗,对目前天文学、宇宙学... 阅读全帖
S*********n
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29
来自主题: Military版 - 清华稳拿参与发现引力波
清华团队为探测引力波做出贡献
原标题:“捕获”引力波 爱因斯坦百年预言获证
美国路易斯安那州的激光干涉引力波天文台。新华社发
探测到的引力波源自两个黑洞碰撞的想象图。图/CFP
在美国首都华盛顿举行的新闻发布会上,屏幕上显示出探测到的引力波。图/CFP
新京报讯 (记者沙璐 信娜)《星际穿越》中的情景原来真的存在,利用引力波,不同
维度的时空可以相互传递信息。当地时间2月11日,加州理工学院、麻省理工学院以及
“激光干涉引力波天文台(LIGO)”的研究人员在华盛顿宣布探测到引力波。预言百年
,苦寻几十年,这是人类首次直接探测到引力波,也成为爱因斯坦广义相对论实验验证
中最后一块缺失“拼图”。
引力波来自两黑洞碰撞
据了解,引力波如一种时空涟漪,类似石头被丢进水里产生的波纹。黑洞、中子星等天
体在碰撞过程中均产生引力波。此次研究人员直接探测到的引力波,就是来自于两个黑
洞的碰撞。
去年9月14日,研究人员利用LIGO探测器探测到两个黑洞合并的引力波,也是首个位于
地球之外13亿光年的引力波源GW150914。据研究人员估计,两个黑洞的质量分别相当于
36个与29个太阳质量,合并后的总质量... 阅读全帖
y*z
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这不是首次“发现”引力波
就在2年前的几乎同一时间,同样是一个美国团队宣布他们发现了引力波。当时,讨论
最欢的就是团队谁要获得诺贝尔奖。这一团队里还有一名中国科学家郭兆林。彼时,华
人世界都认为郭兆林将是下一个华裔诺贝尔物理学奖获得者。然后事情发生了戏剧性的
转折。一年后,这一发现被证伪,引力波的直接证据再度空缺。
具体的事件经过是这样的。美国人依据宇宙泛星系偏振背景成像实验在南极设立了一个
天文望远镜BICEP2, 2014年1月的一天基于这一望远镜的宇宙膨胀探测器侦测到了所谓
的宇宙微波背景B模痕迹。至于宇宙微波背景B模痕迹是什么?这里由于篇幅所限不过多
解释。但由于B模痕迹主要由引力波产生。于是,算是直接发现了引力波的存在,而且
还是宇宙大爆炸产生的那次引力波。不过,这一系统的设计原理与LIGO一样数十年前就
已经提出,并不是什么值得怀疑的理论。
但是,再经得起推敲的理论,在落实到实验上都有莫大的变数。各种人为的误差和不可
预测的环境变量都可能导致实验结果被证伪。1月发现引力波后,哈佛史密松天体物理
中心于2014年3月17日召开发布会表示BICEP2望远镜探测到早期宇宙的引力波... 阅读全帖
t*******a
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施郁|引力波的能量之谜:“爱因斯坦奇迹年”和五份手稿
点击:168 作者:施郁 来源:知识分子 发布时间:2017-10-16 09:36:11
引力波能量从哪里来
自爱因斯坦预言引力波的存在,到其被LIGO成功探测,经历了整整百年时间,三位作出
决定性贡献的科学家刚刚被授予诺贝尔物理学奖。
引力波探测的成功得益于LIGO探测装置的不断改进和越来越高的灵敏度。两个黑洞相互
碰撞,合并为一个更大的黑洞,发出极其强大的引力波,跨越13亿光年的距离,在2015
年9月14日被LIGO捕捉到,成为人类首次直接探测到的引力波。这之后,LIGO又先后三
次探测到黑洞并合产生的引力波。
人们不免问:引力波的能量从哪里来?
回答这个问题,就需要回到爱因斯坦著名的质量能量等效关系E=mc²,其中E代表
能量,m代表质量,c代表光在真空中的速度。因为c²是一个常数,如果选择适当
的单位,也可以说能量就等于质量。引力波的能量,正是来自并合前两个黑洞的质量减
去并合后大黑洞的质量。比如LIGO首次探测到的这个引力波事件中,原来两个黑洞的质
量分别相当于36个和29个... 阅读全帖
d*******8
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来自主题: Zhejiang版 - 我不太理解这个引力波
引力波读后感
抽空读了一下引力波这篇文章。总结如下。
1. 这篇文章的标题是“从一个双黑洞体系的合并而观察到的引力波”,于2016年2月12
日发表在《物理评论快报》上,原文的链接是 https://physics.aps.org/featured-
article-pdf/10.1103/PhysRevLett.116.061102
2.这个引力波信号是于2015年9月14日观察到的,所以编号为GW150914, 频率为35至150
赫兹, 持续时间不到0.5秒.
这个信号被两个观测站差不多同时观察到. 这两个观测站的距离为10毫秒光程.观测到
的信号时差为6.9毫秒.
3.该观测的理论基础有两个: 第一个是1916年爱因斯坦在广义相对论中提出的引力波
。 第二个是1916年卡尔·史瓦西提出的黑洞理论。
4.本观测限定引力的康普顿波长大于10万亿公里,这个距离比太阳到冥王星距离的2000
倍还长。爱因斯坦预测到引力波会很弱,直到1957年,还在辩论是否存在引力波。直到
1975年,才间接观测到了引力波。
5. 世界上目前至少有4个引力波观测系统, 包括日本的TAMA 300,德国的G... 阅读全帖
p*********3
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这么大的事菌斑没人讨论?
“今人不见古时月,今月曾经照古人。”13亿年前的地球充其量还只有低等生命的存
在,然而那时候遥远外太空里一颗质量为29倍太阳质量的黑洞与另外一颗36倍太阳质量
的黑洞缓慢地靠近了,它们相互绕转,最后碰撞并合在一起,并拨动宇宙的琴弦——发
出引力波。引力波以光速传播,在走了漫长的13亿年后,如今正强烈地拨动着2016年地
球人的心弦。
一百年前,爱因斯坦提出广义相对论的完整理论,把一维时间与三维空间看成是一
个整体,成为一个四维的几何体。这一几何体被称为四维时空或四维流形。然而,如果
把这个四维时空做一个依赖于观察者的3+1分解,就可以得到空间与时间。
爱因斯坦发现,三维空间本身是有弹性的,它会随着一维时间振动。这一振动将在
整个空间激发出一种波动,类似于水面上的涟漪——爱因斯坦称这种空间的涟漪为引力
波。
1919年 ,爱丁顿等人在日全食期间用光线弯曲的实验论证了爱因斯坦广义相对论
是一个满足天文观测的引力理论,这一实验验证为爱因斯坦的广义相对论提供了实验依
据,也成为科学史上的大事件。此后,陆续有验证爱因斯坦广义相对论的实验推出,但
这些实验都没有超出太阳系... 阅读全帖
m**********g
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来自主题: Military版 - 引力波这个实验,一事不明
在2002年到2010年期间,LIGO没能探测到引力波存在的可靠证据。
2010年,LIGO进行了为期五年的重大升级改造,改造之后的探测器灵敏度要求提高10倍
,被称为“先进LIGO”。
2015年9月18日,先进LIGO开始试运行。据悉,本次探测到的引力波是升级前的LIGO于
2015年9月14日探测到的信号。
2016年2月, 宣布
这几个时间节点里面有没有什么漏洞
m**********g
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来自主题: Military版 - 关于引力波的
在2002年到2010年期间,LIGO没能探测到引力波存在的可靠证据。
2010年,LIGO进行了为期五年的重大升级改造,改造之后的探测器灵敏度要求提高10倍
,被称为“先进LIGO”。
2015年9月18日,先进LIGO开始试运行。据悉,本次探测到的引力波是升级前的LIGO于
2015年9月14日探测到的信号。
2016年2月, 宣布
这几个时间节点里面有没有什么漏洞
e*****3
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来自主题: Military版 - 这个引力波的发现有点诡异
美国国家科学基金会(NSF)最终于1990年批准了激光干涉引力波天文台(LIGO)的建
造,并在1992年确定了两座探测器的选址:华盛顿州的汉福德和路易斯安那州的利文斯
顿。探测器的建设于1999年完工,并于2001年开始收集数据。然而,之后的9年内,
LIGO什么都没有找到,而它也于2010年被关闭,等待升级重启。
在2010年关闭并开始升级的LIGO最终于去年9月重启。升级后的高级LIGO探测引力波的
能力大大提升,并在刚刚开始运行的阶段就找到了来自两个正在并合的黑洞所产生的引
力波,给一个世纪之久的引力波搜寻历史画上了圆满的句号。高级LIGO已经于2016年1
月结束了第一轮数据采集
h******k
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有同学提出来这个LIGO刚刚升级完就发现了“罕见”的黑洞碰撞发出的引力波,这也太
巧了,这么好的狗屎运是相当可疑的。
确实很可疑,不过有时候重大发现就是靠运气,而且人类历史上这种碰巧的好运气还真
不少。举个比较近的例子吧,比如日本东京大学的一群蛇精病在30多年前骗了文部省的
一些funding在岐阜县神冈的一个废弃的矿井里弄了个不锈钢的大水池子,异想天开地
想利用这破玩意儿发现质子的衰变,结果瞪着大眼看了好几年啥也没发现。然后跟LIGO
一样,虽然啥都没发现但是要生存的科学家们都把原因归于灵敏度太低,要想有发现就
必须加大投资嘛,于是1985年东京大学又骗日本政府加钱给升级了一下,结果刚升级没
多久,1987年2月24日,那个破水池子里突然出现了从来没见过的信号,发现了几十个
中微子!这是来自编号为SN1987a的超新星爆发的中微子,而这个超新星爆发是自从
1605年开普勒超新星以来史上最大的一次超新星爆发,几百年一遇的爆发狗屎运竟然让
鬼子刚升级完就给碰上了,这比LIGO刚升级完就发现引力波的运气还要好的多!
和LIGO不同的是,鬼子这次中微子发现的时间和方向以及计算都和同一天通过光... 阅读全帖
p*******2
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LIGO刚升级完,就找到引力波了?有这么巧吗?巧合的可能性总是低的, 民科一下, 猜
测一下其中的必然性.
首先,观测效率大大提高
LIGO-1可以看到5亿光年以内的事件。LIGO-2可以看到70亿光年以内的事件。体积差
2744倍,现在一年的观测效率等于之前的2744年。其实这还不准确,因为以前5亿光年
以内的小事件听不到,现在精度提高了,很多小事件也能听到了。这个计算稍显复杂,
姑且认为再加一个14倍,就是38416倍的观测效率提高。70亿光年的体积非常大了,跟
全宇宙的尺度也就差一两个量级了。
其次,引力波事件太普遍了。
既然刚升级就有事件,概率上说,这一定是普遍事件。我猜测现在LIGO-2的仪器隔几天
就有反应,一年几十次是很可能的。需要注意的时候,我们目前的观测到的引力波只是
很小的一部分。太大事件的波长大,尺度限制听不到,太小事件的能量微弱,也听不到。
其实两个黑洞,两个中子星,两个太阳,两个地球的碰撞/合并都可以产生引力波,并
向外扩散。虽然有的能级特低,但是数量多,代表的能量也不一定小。
双星体系是宇宙的普遍现象,孤立的星星也会在漫长的时间里遇到到合适对象。银河系
的尺... 阅读全帖
K**W
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这项荣获诺奖的研究中 也有中国人的身影
http://news.sina.com.cn/o/2017-10-04/doc-ifymkwwk8343970.shtml
新华社香港10月4日电(记者张雅诗)3名美国科学家因在发现引力波上的贡献而夺得
2017年诺贝尔物理学奖。引力波于2015年首次被“激光干涉引力波天文台”(LIGO)探
测到,香港中文大学参与了此项探测引力波工作。
港中大3日晚表示,该校物理系助理教授黎冠峰带领的研究团队,参与了2015年的
引力波探测工作。黎冠峰表示,作为一个年轻研究员,他的梦想是为科学作出可经历时
间考验的贡献。而2017年诺贝尔物理学奖颁授予引力波发现,实现了他的梦想。
于2009年起开始参与LIGO研究项目的黎冠峰说,十分感激构思这个计划的得奖者以
及数十年来为此计划作出贡献的同事。“虽然我们才刚刚开始通过这个方式来探索宇宙
,但是我深信不久的将来会有很多新的发现。我希望这能激励年轻的学生们去追寻他们
自己的梦想和兴趣。”
据介绍,LIGO科学团队有来自超过15个国家、90所高校的逾千位科学家共同发展探
测器的技术及分析数据。中大于2016年正式加... 阅读全帖
S***a
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这个问题是yes and no
LIGO的发现确实是人类第一次直接观测到引力波,以后可以做(pian)更多的big
science (funding)
但是呢,LIGO的发现本身也不是什么惊喜,因为谁都知道引力波存在,也观测过。对大
多数已知波源而言理论和数值模型都很完备,所以团队早就知道要在什么距离内测到什
么频率的引力波,干涉仪需要多高的灵敏度,这就是为什么LIGO在2004到2010年间测了
那么多次都没有结果,这群人仍然敢向NSF伸手要钱的原因,换成别的项目早被砍了。
因为之前的测量结果显示LIGO还不够精确,作为干涉仪而言这不过是纯技术问题,只要
玩命升级装备,灵敏度可以一直突破干涉仪测量的量子极限。所以说观测到引力波对业
内人士而言算不上什么惊喜,都是钱堆出来水到渠成的事,只不过David Reitze作为发
言人太善于忽悠媒体和大众,让普通民间科学爱好者高潮了一下而已。
S***a
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demonstrate早就有了,有93年炸药奖在前还轮不到LIGO
现在LIGO测到的普通黑洞合并或者中子星合并的引力波,都是研究得不能再透彻的模型
了,什么时候能测到现在数值算不出来的或者完全未知的波源,那才叫new science,
不过多半和现在的LIGO关系不大了
LIGO一直是NSF投钱最多的项目,DOE的加速器不了解
f***y
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北京时间2019年11月28日凌晨,国际科学期刊《自然》发布了中国科学院国家天文台刘
继峰、张昊彤研究团队的一项重大发现。依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭
守敬望远镜(LAMOST),研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞,并提供
了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言
的质量上限,颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知,有望推动恒星演化和黑洞形成理论
的革新。
LB-1的艺术想象图 (喻京川绘)
黑洞是一种本身不发光的神秘天体。任何物质,包括光也无法从它身边逃离。根据质量
的不同,黑洞一般分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。这其中,恒星级黑
洞是由大质量恒星死亡形成的,是宇宙中广泛存在的“居民”。理论预言银河系中有上
亿颗恒星级黑洞,但迄今为止,天文学家仅在银河系发现了约20颗恒星级黑洞——而且
都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的、质量均小于20倍太阳质量的黑洞。
找到新的方法,发现数量巨大、没有X射线辐射的黑洞,成了天文学界近年来研究的热
点和难点。
2016年秋季开始,国家天文台领导的研究团队利用LAMO... 阅读全帖
a********a
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来自主题: Zhejiang版 - 我不太理解这个引力波
人家投资上千亿美元搞LIGO,你说的这个问题早都考虑到了。你只看到了一次事件,没
有考虑到在宇宙的巨大尺度下总得发生的概率。一期的LIGO探测距离有限,如果观测到
的话是比较小的概率,二期的LIGO提高了探测的距离,相应地提高了发现引力波的概率
,已经达到可以重复观测到的概率了。这次的引力波就是升级LIGO后发现的。
p*******2
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【 以下文字转载自 Military 讨论区 】
发信人: pinball02 (pin), 信区: Military
标 题: 宇宙不仅色彩斑斓(电磁波),而且非常嘈杂(引力波)
发信站: BBS 未名空间站 (Mon Feb 15 11:00:25 2016, 美东)
LIGO刚升级完,就找到引力波了?有这么巧吗?巧合的可能性总是低的, 民科一下, 猜
测一下其中的必然性.
首先,观测效率大大提高
LIGO-1可以看到5亿光年以内的事件。LIGO-2可以看到70亿光年以内的事件。体积差
2744倍,现在一年的观测效率等于之前的2744年。其实这还不准确,因为以前5亿光年
以内的小事件听不到,现在精度提高了,很多小事件也能听到了。这个计算稍显复杂,
姑且认为再加一个14倍,就是38416倍的观测效率提高。70亿光年的体积非常大了,跟
全宇宙的尺度也就差一两个量级了。
其次,引力波事件太普遍了。
既然刚升级就有事件,概率上说,这一定是普遍事件。我猜测现在LIGO-2的仪器隔几天
就有反应,一年几十次是很可能的。需要注意的时候,我们目前的观测到的引力波只是
很小的一部分。太大事件的波长... 阅读全帖
a***s
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45
2月12日,美国科研人员11日宣布,他们利用激光干涉引力波天文台(LIGO)于去年9月首次探测到引力波,证实了爱因斯坦100年前所做的预测,同为黑洞专家的英国天文物理学大师霍金表示,他相信这是科学史上重要的一刻。
霍金(Stephen Hawking)在接受英国广播公司(BBC)专访时表示:“引力波提供看待宇宙的崭新方式,发现它们的能力,有可能使天文学起革命性的变化。这项发现是首度发现黑洞的二元系统,是首度观察到黑洞融合。”
“除了检验(爱因斯坦的)广义相对论,我们可以期待透过宇宙史看到黑洞。我们甚至可以看到宇宙大爆炸时期初期宇宙的遗迹、看到其一些最大的能量”,霍金说。
研究人员宣布,当两个黑洞于约13亿年前碰撞,两个巨大质量结合所传送出的扰动,于2015年9月14日抵达地球,被地球上的精密仪器侦测到。
资助这项研究的美国国家科学基金会(US National Science Foundation)负责人柯多瓦(France Cordova)表示,“如同伽利略首度把他的望眼镜指向天空,这项对天空的新观测,将会加深我们对宇宙的理解,引发超乎预料的发现。”
这个现象由两个设在美国的地下探测... 阅读全帖
b***y
发帖数: 14281
46
来自主题: Military版 - 引力波这个实验,一事不明
这个所谓5个sigma没什么意思,不要说是圈外人,即使LIGO成员里的人,也恐怕只有极
少数人对sigma的估计有足够的信心。这和LHC的情况不太一样,后者主要靠event
counts来孤立信号,LIGO因为每次测到的都是孤立事件,主要靠排除法来确定。Ligo估
算sigma只是为了方便电脑自动筛选出疑似信号而已。

★ 发自iPhone App: ChineseWeb 1.0.6
m**********e
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http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2006-3/downloa
第73页
结论:
为什么说这是binary黑洞融合产生的引力波?
答案很简单,LIGO传感器configuration设计上只能用来探测这一质量范围的binary黑洞
融合产生的引力波
那么为什么ligo传感器要这么设计?
因为巨大质量产生的引力波强度虽然大,但是波长太长,超越太阳系尺寸,无法测量.
质量过小产生的引力波强度太弱,低于人类技术下限
目前勉强有能力探测的,只有这么一个质量范围内binary黑洞融合产生的引力波,所以
ligo振子设计上严格准对了这类目标
clear?
Q**********u
发帖数: 1616
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有个人的对讲机只有一个频道
他在对讲机收到信号之后就推断信号的来源就只发送那个频率的信号
其实信号来源可能在很多个频率都发了信号

http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2006-3/download/lrr-2006-3Color.pdf
:第73页
:结论:
:为什么说这是binary黑洞融合产生的引力波?
:答案很简单,LIGO传感器configuration设计上只能用来探测这一质量范围的binary黑
洞融合产生的引力波
:那么为什么ligo传感器要这么设计?
:因为巨大质量产生的引力波强度虽然大,但是波长太长,超越太阳系尺寸,无法测量.
:质量过小产生的引力波强度太弱,低于人类技术下限
:目前勉强有能力探测的,只有这么一个质量范围内binary黑洞融合产生的引力波,所以
:ligo振子设计上严格准对了这类目标
:..........
K**W
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49
这个有点像当年的那个什么基因计划?中国也参与了画图?
新华社:清华大学参与探测加速引力波发现进程
众里寻它千百度。近一个世纪的求索后,人类终于聆听到宇宙深处的声音。美国“激光
干涉引力波天文台”(LIGO)成功探测到引力波,背后有十多个国家、千余名研究人员
的艰辛付出。
其中,中国清华大学的科研团队以高精度的数据分析能力帮助“净化”了引力波探测中
的干扰信号,加速了迈向星辰大海的征程。
2009年,清华大学被LIGO科学合作组织(LSC)接受为正式成员,也是目前中国大陆唯
一的LSC成员。清华大学信息技术研究院研究员、LSC理事会成员曹军威是清华大学LIGO
工作组负责人。
“这次发现的确美妙和激动人心,但日常工作中的海量数据分析并不总是令人愉快,”
曹军威日前接受新华社记者专访时说。这一研究团队着重应用先进计算技术提高引力波
数据分析的速度和效率,参与了LSC引力波暴和数据分析软件等相关研究。
e*****3
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50
在2010年关闭并开始升级的LIGO最终于去年9月重启。升级后的高级LIGO探测引力波的
能力大大提升,并在刚刚开始运行的阶段就找到了来自两个正在并合的黑洞所产生的引
力波,给一个世纪之久的引力波搜寻历史画上了圆满的句号。高级LIGO已经于2016年1
月结束了第一轮数据采集,之后它将继续升级

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