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楼主: hkhtg090201
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引力波/重力波:世界天文界联合公布重大发现?@2017-10-16日

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 楼主| hkhtg090201 发表于 2015-2-3 21:21 | 显示全部楼层
原初引力波探测结果正式被否:银河系尘埃干扰
2015年02月03日07:30   新浪科技
   

     这是南部天空的一部分,大幅背景图是欧洲普朗克卫星获得的数据,其中用白点虚线圈出的小块天区则是去年南极 BICEP2望远镜观测天区区域。



      去年3月份曾经轰动一时的重大科学突破:设在南极的BICEP2设备获得的数据中发现了原初引力波信号。如果该发现得到证实,那么将直接证明宇宙暴涨理论的正确性。然而遗憾的是,近日利用普朗克卫星数据进行的联合验证性分析显示这项结论很有可能是错误的,其信号来源可能是受到了银河系尘埃带影响的结果。
     
  新浪科技讯 北京时间2月2日消息,据《自然》杂志官方网站报道,在去年所有的重要科学进展中,最为重大的一项当属宇宙原初引力波的发现。当时一个美国科学家团队宣布首次在宇宙微波景辐射中检测到原初引力波信号,而现在,经过长达一年的纷争之后,近日,该研究组已经宣布撤回他们的论文。对于该研究组设在南极的望远镜以及欧洲空间局普朗克卫星所获数据进行的联合分析已经确认,去年发现的这样一个信号完全可以用银河系内尘埃的信号进行解释,而并非来源于一个更加古老的宇宙起源。

  1月30日,欧洲空间局(ESA)正式对外发布了外界期待已久的报告。不过在此前一天,普朗克研究组的一名法国专家成员便已经不小心在网站上发布了有关消息并在他察觉并删除误发的消息之前便被广泛传播开了。

  去年3月份的这项发现是使用设在南极的BICEP2射电望远镜设备发现的,当时参与这项研究的科学家们宣称他们在宇宙微波背景辐射(CMB)中发现了某种细微的“卷曲”偏振结构,宇宙微波背景辐射被认为是宇宙大爆炸留下的遗迹。研究组将这种神秘的模式归结为引力波——即时空中存在的涟漪,那是宇宙开端之际,在那段名为“暴涨”的短暂而狂暴的超级膨胀时期留下的痕迹。如果这一发现能够得到证实,那么这种原初引力波的发现将最终证明高度成功但却从未能得到明确证明的暴涨理论的正确性。
  然而有一个问题一直存在,那就是银河系中的尘埃同样可以产生偏振的光线,并形成如同该研究组所发现的那样的“卷曲”结构。在过去的一年间,很多天文学家都曾经不止一次的指出,BICEP2研究组很有可能被银河系内的尘埃信号愚弄了。而现在,普朗克-BICEP2研究组的联合分析结果最终得出结论,那就是BICEP2去年的分析结果的确无法明确指向原初引力波的发现。
  在这项联合分析中,研究人员将BICEP2在150GHz频率获得的数据与普朗克望远镜在353GHz频率获得的同一天区数据进行叠加。其中普朗克望远镜在这一频率上获得的数据主要指示的是来自尘埃的偏振光线信号,当然普朗克望远镜也能够获得频率较低波段上的信号。当将这两组数据进行叠加之后发现双方是吻合的——在BICEP2数据中信号最强的区域在普朗克尘埃信号数据中也同样是最强的,这显示BICEP2所获的信号几乎完全来自尘埃影响。
  巴黎第十一大学的普朗克项目天文学家让-鲁普·普盖特(Jean-Loup Puget)在欧空局的一份声明中表示:“这项联合工作显示,一旦将银河系内尘埃信号的影响剔除,此前有关原初引力波B模信号的探测结果便不再显得可靠。因此,不得不遗憾的指出,我们未能确认此前探测到的信号是宇宙暴涨的遗迹。”
  而马克·卡米奥科夫斯基(Marc Kamionkowski)是美国马里兰州巴尔的摩约翰·霍普金斯大学的一名宇宙学家,他本人未参与这两个研究组中任何一个的工作。他对媒体表示:“我本人现在已经不再相信BICEP2已经探测到了原初引力波的信号。”
  来自英国剑桥大学的普朗克望远镜项目组研究员乔治·埃弗斯塔其奥(George Efstathiou)也指出,这样的结果并不令人感到意外。他说:“我不知道为什么人们感到那么兴奋。从科学的观点上来看并没有任何非常特别的东西。”

  埃弗斯塔其奥将1月29日发生的泄密事件描述为“不幸而无心之举”。他说:“BICEP 小组的人发现他们当初未能很好的处理好消息公开的问题,因此对于这次联合研究的结果,每个人都希望能以一种更加谨慎的方式进行发布。”

  在美国宾夕法尼亚州的乔治梅隆大学,该校的宇宙学家拉尔夫·弗劳格(Raphael Flauger)是最早对去年BICEP2的研究结果提出质疑的科学家之一,他赞同在这一问题上的看法,他表示:“很遗憾这样一项外界期盼已久的分析结果竟然最终是以这样一种方式公诸于众的。”他婉拒了对这项联合分析工作的细节进行评论的要求,因为相关的论文还尚未发表,但他也指出:“很清楚的一点是,在BICEP2去年3月份发表的工作中,银河系尘埃的影响被低估了,这与我们此前在论文中指出的问题是一致的。”

  在欧空局的这份声明中,去年发表这项原初引力波研究工作的主要负责人,美国哈佛-史密松天体物理学研究中心下属南极BICEP2项目的首席科学家约翰·科瓦克(John Kovac)博士表示:“当我们第一次在我们的数据中察觉到这一信号时,我们参照的是当时所能够获得的银河系尘埃辐射参数。这样分析的结果似乎显示我们所研究天区的尘埃偏振信号要远低于我们的探测信号强度。”

  然而所有这些都并非意味着要想在宇宙微波背景辐射信号中找出真正的原初引力波信号是不可能做到的,这一联合分析的结果只能说明,设在南极的BICEP2设备无法从星系背景信号中检测出真正需要的信号。

  卡米奥科夫斯基表示:“我们有着清晰的路线图。如果我们能够在不同的频率波段开展更多类似的测量工作,我们将能够最终将尘埃信号与被淹没的真正的原初引力波信号区分开来。”(晨风)

DF21 发表于 2015-3-7 05:56 | 显示全部楼层
真是遗憾被否定了
lemoncap 发表于 2015-3-7 06:33 | 显示全部楼层

DF21 发表于 2015-3-7 05:56
真是遗憾被否定了

一点不意外,看看我去年质疑的帖子。

 楼主| hkhtg090201 发表于 2016-2-11 16:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 hkhtg090201 于 2016-2-11 16:39 编辑

人类将首次直接探到引力波:双黑洞碰撞并合引发

2016年02月11日  新浪科技



















LIGO激光干涉引力波观测站。两个方向的隧道长度为四公里。

  文章来源:赛先生微信公众号

  “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的尺度,因此局限在宇宙的一隅,犹如坐井观天。而且所有以前的实验,只观察到一个固定的弯曲空间,没有一个实验看到弯曲空间的波动。

  终于,97年后的今天,一个更震撼人心的实验结果将要出现。美国当地时间2月11日上午10点30分(北京时间2月11日23点30分),美国国家自然科学基金会将携加州理工、麻省理工和LIGO科学合作组织(LSC)的专家向全世界宣布,美国的LIGO(激光干涉引力波观测站)首次直接探测到了引力波,其波源来自13亿光年之外的遥远宇宙空间,由两个黑洞碰撞并合所引发,这显然是在宇宙尺度上对爱因斯坦广义相对论进行检测与判断的一个重要实验。

  此前,人类从未直接探测到引力波,科学家仅通过对一个双星系统的观测——两颗双中子星相互围绕着对方公转——得到了引力波存在的间接证据,并获得了1993年的诺贝尔物理学奖。此后,人们一直孜孜以求,科学界也有多种探测引力波的方法和设备,但一直无所斩获,直到去年LIGO升级后(注:LIGO于2001年正式投入观测,2010年关闭,开始进行升级改造。升级后的LIGO于2015年9月18日重新开机运行,预计2019-2020年完成全部升级改造),事情开始有了眉目。

  一场有准备之战

  北京师范大学天文系主任朱宗宏教授是研究引力波的专家,曾在日本国立天文台的引力波探测项目TAMA300工作多年(那是一架臂长为300米的激光干涉仪),目前参加日本后续项目KAGRA(这是位于神冈的臂长为3200米的大型低温激光干涉仪,项目负责人是2015年诺贝尔物理学奖得主梶田隆章(Takaaki Kajita))。

  朱宗宏告诉《赛先生》,2015年年初他访问加州理工学院陈雁北教授(参与LIGO项目的资深专家)时,曾与他共同商讨在北京举办大型国际引力波活动The NextDetectors for Gravitational Wave Astronomy(参见2015年12月出版的《中国科学》英文版),当时就发现加州理工学院的专家们已经开始专门开会商量LIGO发现引力波后的应对策略了。

  朱宗宏说,在LIGO还没有升级改造的时候,LIGO高层主管在数据分析科学家不知情的情况下,输入了一个约6000万光年之外的两颗中子星碰撞并合的模拟信号,数据分析科学家们从引力波信号波形的分析找到了这个事件——这说明在LIGO升级之前,引力波信号波形的分析技术已经成熟——此路可以走通,这无疑是一个巨大的鼓舞。

  (a)图是通过数值求解爱因斯坦方程得到的双黑洞轨道演化。图中显示的是两个黑洞不同时刻的(x,y)坐标。 它们的初始位置分别在(0,3)和(0,-3)。 (b)图是数值计算所得到的引力波波形。

  但这远远不够。朱宗宏介绍说:“初期LIGO的精度是10的-22次方量级,对于4000米的干涉臂来说,相当于可以检测出千分之一质子大小的距离变化,这个精度是相当高的(注:质子的大小是10的-15次方米)。”2015年9月,升级后的LIGO精度进一步提高到了10的-23次方量级,相当于可以检测出万分之一质子大小的距离变化。

  除了精度问题,朱宗宏还透露,根据科学家们的估计,在LIGO升级改造之前,它一年能够测到0.0002到0.2次双中子星并合信号,或者0.0002到0.5次双黑洞并合信号;而在LIGO升级改造之后,它一年就能测到0.4到400次双中子星并合信号,或者0.4到1000次双黑洞并合信号了。所以就双黑洞并合信号而言,保守估计是两年半看到一次,乐观估计则是一天就能看到3次!所以说,正在升级中的advanced LIGO初试锋芒就探测到信号,可说是非常幸运,也可以说是非常正常!

  朱宗宏表示,美国在LIGO实验上的项目经验值得借鉴:LIGO的激光干涉仪为什么有两台,每台臂长为什么要4000米,这两台之间的距离多少为最优,如何制作减震系统,如何加大激光器的功率等等这些问题都经过了前期精心测算。因为“在大科学实验中,不能打无准备的仗”。

  LIGO何以探测到引力波

  根据现在已有的消息,造成此次探测到的引力波是两个分别为29倍太阳质量与36倍太阳质量的黑洞并和形成一个62倍太阳质量的黑洞所形成的。也许你会问,合并后的黑洞为什么损失了3个太阳质量?

  原来,在两个黑洞相互接近绕转的过程中,根据广义相对论的数学物理推导,这是一个随时间变化的四极矩,因此会不断朝外辐射引力波,而引力波的辐射会把两个黑洞之间的引力势能降低,所以两个黑洞的距离会变小。这是一个典型的正反馈过程,随着两个黑洞的距离变小,它们之间相互绕转的频率会变得更快,就好像是在舞池上的两个芭蕾舞演员,最后他们会抱在一起——这就是两个黑洞碰撞并合在了一起,这一过程会放出大量的引力波能量,损失的那3个太阳质量就是变成引力波辐射出去的。

  这一辐射的能量有多大,通过爱因斯坦的著名质能方程E=MC2计算可知,这相当于数以亿亿亿亿计的原子弹同时爆炸,其威力相当惊人,整个空间都在颤动。这一颤动也在13亿年后传到了地球——这就是目前LIGO探测到的引力波。

  引力波信号传递到地球以后,其在激光干涉仪的接受器上会形成一个电子信号,这个电子信号在模数转换后在终端电脑上表现为一个“引力波信号波形”。对这一波形的处理堪称技术性难题,而科学家需要从波形里读出很多信息:黑洞并合所花费的时间、并合后黑洞的质量、并合后黑洞的自转角动量、黑洞并合事发现场距离地球的距离。(注:详细信息可见加州理工学院的引力波专家基普·索恩所著的《星际穿越中的物理学》英文版的16章,本书也有中文版。)

  《赛先生》了解到,LIGO这次对引力波信号波形的分析足足花了几个月的时间。

  并合后的黑洞角动量有多大

  对上述技术性难题中的黑洞角动量问题,国家天文台研究员苟利军告诉《赛先生》:“一般黑洞是旋转的,我们称之为克尔黑洞。克尔黑洞的角动量可以通过围绕其公转的粒子的最内稳定轨道来推定,最内稳定轨道的半径与克尔黑洞的角动量之间存在一条巴丁对应曲线(注:这位巴丁的父亲是超导BCS理论中的B,其父亲得过两次诺贝尔奖)。由这一对应曲线,我们可以知道克尔黑洞的角动量,这是对传统黑洞的角动量的经典研究方法,对于目前LIGO探测到的合并后的黑洞的角动量,则需要从引力波信号波形中进行提取。”

  目前有多方信息源向《赛先生》表示,LIGO目前探测到的引力波揭示出合并后的62个太阳质量的黑洞具有中等数值的自转角动量。这一自转角动量用无量纲数a*来表示,当a*为0的时候表示黑洞不发生自转,而a*等于1的时候表示黑洞是一个极端黑洞(不能转得更快了,否则就会出现裸奇点)。

  期待更多“零”的突破

  现在,距离LIGO发现引力波的新闻发布会还有不到24小时,届时将有更多信息和数据披露出来,世界各地的天文学家都在翘首等待这一相对论大革命事件的确证。

不同的引力波探测器对应的不同引力波频段

   
    发现引力波可以与100多年前发现电磁波的事件相提并论。很明显,电磁波已经改变了我们人类社会的面貌,从手机信号到微波炉,从WIFI到GPS,电磁波带来了人类文明的曙光。  作为首次被探测到的引力波,这次的波源是双黑洞并合所引发,这种引力波的典型频率在1赫兹到100赫兹之间。但是,就公开发表的情况来看,对于其他频段的引力波的测量目前还没有实现“零”的突破,比如10的-16次方赫兹左右的原初引力波会在宇宙微波背景上产生所谓B模式,而用脉冲星计时阵探测的10的-9次方赫兹左右的双超大质量黑洞的引力波也是科学家们关心的物理过程。这些频率的引力波探测都还需要后续进一步的工作去完成。

  在电磁波被发现100多年以后的今天,引力波被找到了。它是唯一可以在高维时空中传递的波,这点与电磁波完全不同,对引力波的深入研究可以带给我们对大尺度时空结构信息的全面深入了解。同时,毫无疑问的是,引力波的穿透能力比中微子还要强,它也许真能像科幻小说《三体》中描述的那样,被人类用于星际通讯领域。(作者:张轩中)

  (感谢潘颖女士为本文提供采访和写作上的帮助;感谢曹周键老师供图,图片版权属于《现代物理知识》,作者获授权使用)







rottenweed 发表于 2016-2-12 00:55 | 显示全部楼层

距离约12亿光年,置信度也不错。有全文就好了。

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红色信号 发表于 2016-2-12 01:04 | 显示全部楼层
lemoncap 发表于 2015-3-7 06:33
一点不意外,看看我去年质疑的帖子。

最新的发现被已经证实了 引力波的存在这是划时代历史性的发现
hovii 发表于 2016-2-12 03:12 | 显示全部楼层
rottenweed 发表于 2016-2-12 00:55
距离约12亿光年,置信度也不错。有全文就好了。

http://journals.aps.org/prl/abst ... sRevLett.116.061102

意义重大,PRL对此文开放下载。天文学的一个新时代开始了。
 楼主| hkhtg090201 发表于 2016-2-12 08:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 hkhtg090201 于 2016-2-12 08:37 编辑

引力波为何重要? 探索宇宙起源多了一种新途径
腾讯太空2016年02月12日07:40

   




[摘要]引力波是广义相对论所预言的时空波动,是人类观测宇宙的新工具,可以帮助科学家进一步研究宇宙起源之谜。





两颗黑洞相互盘旋发出引力波示意图

腾讯太空讯 美国当地时间2月11日上午10点30分(北京时间2月11日23点30分),美国国家科学基金会(NSF)会同加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布:人类首次直接探测到了引力波。

这一引力波信号于世界协调时间2015年9月14日9:51(北京时间当天下午5:51分),由分别位于路易斯安那州列文斯顿(Livingston,Louisiana)和华盛顿州汉福德(Hanford,Washington)的激光干涉引力波观测台(LIGO)的一对探测器探测到。




科学家为直接探测到引力波的消息欢呼(从左到右分别为:Gabriela Gonzalez, Rainer Weiss和Kip Thorne)

这次探测到的引力波是由13亿光年之外的两颗黑洞在合并的最后阶段产生的。两颗黑洞的初始质量分别为29颗太阳和36颗太阳,合并成了一颗62倍太阳质量高速旋转的黑洞,亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间,经过13亿年的漫长旅行,终于抵达了地球,被美国的“激光干涉引力波天文台”(LIGO)的两台孪生引力波探测器探测到。




两台探测器记录到的波形

探测到的引力波信号初始频率为35赫兹,接着迅速提升到了250赫兹,最后变得无序而消失,整个过程持续了仅四分之一秒。位于利文斯顿的探测器比位于汉福德的探测器早探测到7毫秒,这个时间差表明引力波是从南部天区传来。

引力波是什么?

在物理学上,引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,如同石头丢进水里产生的波纹一样,引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”。通常引力波的产生非常困难,地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进,发出的引力波功率仅为200瓦,还不如家用电饭煲功率大。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件才可以形成强大的引力波,但能产生这种较强引力波的波源距离地球都十分遥远,传播到地球时变得非常微弱。




根据广义相对论,该双星系统会以引力波的形式损失能量,轨道周期每年缩短76.5微秒

1974年物理学家约瑟夫·泰勒(Joseph Hooton Taylor, Jr)和拉塞尔·赫尔斯(Russell Alan Hulse)发现了一颗编号为PSR B1913+16的脉冲星,他们发现该脉冲星处于双星系统中,其伴星也是一颗中子星。根据广义相对论,该双星系统会以引力波的形式损失能量,轨道周期每年缩短76.5微秒,轨道半长轴每年减少3.5米,预计大约经过3亿年后发生合并。

自1974年,泰勒和赫尔斯和对这个双星系统的轨道进行了长时间的观测,观测值和广义相对论预言的数值符合得非常好,这间接证明了引力波的存在。泰勒和赫尔斯也因这项工作于1993年荣获诺贝尔物理学奖。

探测引力波有什么意义?

引力波天文学将是继传统电磁波天文学、宇宙线天文学和中微子天文学之后,人类认识宇宙的全新窗口,必将引发一场天文学的革命。

在正式运行之前,几乎没有人会相信第一个探测到的引力波信号会是双黑洞并合,而且是质量如此之大的黑洞双星。通过这一次观测,我们知道了数十倍太阳质量的黑洞是可以存在的,这意味着其前身星必定金属含量比较低,同时星风比较弱。我们还可以限制这类事件的发生率,并且预测下一次科学运行时能有多少个探测结果。这一切,都无法通过传统的电磁波天文学得到。

引力波像其它的波一样,携带着能量和信息。电磁波(宇宙背景微波辐射)只能让我们看到大爆炸38万年之后的景象,而引力波能够让我们回望宇宙大爆炸最初瞬间,检验宇宙大爆炸理论的正确与否。事实上,引力波不光具备视觉所不能及的信息,其与人的听觉还有另一种异曲同工之妙:正如堵住一个耳朵,人就无法分辨声音的来源,只靠一个引力波探测器,也无法确定致密双星并合的信号。而现在测量致密双星并合信号的天空来源的方法,正如同人的听觉一样,靠到达两个耳朵的时间差,和到两个耳朵的信号的强弱比决定。因此,以地球为脑袋,引力波探测器为耳朵,LIGO的科学家们架设起了一座倾听宇宙的招风巨耳。

引力波探测除了能够检验广义相对论之外,还有助于证明其它版本的引力理论正确与否,还将推动引力量子化的研究,最终把引力融入其它三种基本相互作用,完成爱因斯坦的伟大梦想。

延伸阅读:激光干涉引力波探测器




两台孪生引力波探测器分别在华盛顿州的汉福德(左)和路易斯安那州的列文斯顿,彼此相距3000公里

上世纪70年代,加州理工学院的物理学家莱纳·魏斯(Rainer Weiss)等人意识到用激光干涉方法探测引力波的可能性。引力波的探测对仪器的灵敏度要求非常高,要能够在1000米的距离上感知10^-18米的变化,相当于质子直径的千分之一。直到上世纪90年代,如此高灵敏度所需的技术条件才逐渐趋于成熟。

1991年,麻省理工学院与加州理工学院在美国国家科学基金会(NSF)的资助下,开始联合建设“激光干涉引力波天文台”(LIGO)。LIGO的主要部分是两个互相垂直的干涉臂,臂长均为4000米。在两臂交会处,从激光光源发出的光束被一分为二,分别进入互相垂直并保持超真空状态的两空心圆柱体内,然后被终端的镜面反射回原出发点,并在那里发生干涉。若有引力波通过,便会引起时空变形,一臂的长度会略为变长而另一臂的长度则略为缩短,这样就会造成光程差发生变化,因此激光干涉条纹就会发生相应的变化。

两台孪生引力波探测器分别在华盛顿州的汉福德和路易斯安那州的列文斯顿,彼此相距3000千米。只有当两个探测器同时检测到相同的信号才有可能是引力波。LIGO于1999年初步建成,2002年开始运行。

2007年,LIGO进行了一次升级改造,包括采用更高功率的激光器、进一步减少振动等。升级后的LIGO被称为“增强LIGO”。2009年7月,增强LIGO开始运行直到2010年10月结束。

在2002年到2010年期间,LIGO没能探测到引力波存在的可靠证据。




位于汉福德地区的LIGO观测站的北臂

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。

目前主流的引力波探测器都是这种基于迈克耳孙干涉仪的原理。世界范围内,除了美国的LIGO引力波探测器之外,还有德国和英国合作的GEO600、法国和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及计划中的LCGT、澳大利亚计划中的AIGO以及印度计划中的LIGO-India。(腾讯太空 综合报道)


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什么是引力波?









[backcolor=rgba(47, 47, 47, 0.8)][url=]<[/url]
[backcolor=rgba(47, 47, 47, 0.8)][url=]>[/url]



[责任编辑:sorazhang]




 楼主| hkhtg090201 发表于 2016-2-12 08:38 | 显示全部楼层
hkhtg090201 发表于 2016-2-12 08:13
引力波为何重要? 探索宇宙起源多了一种新途径
腾讯太空2016年02月12日07:40
   

CCTV 早晨新闻,用了很长篇幅报道此事件.
 楼主| hkhtg090201 发表于 2016-2-12 08:39 | 显示全部楼层
hkhtg090201 发表于 2016-2-12 08:13
引力波为何重要? 探索宇宙起源多了一种新途径
腾讯太空2016年02月12日07:40
   

下面的动画很有科普性.
 楼主| hkhtg090201 发表于 2016-2-12 09:54 | 显示全部楼层
hkhtg090201 发表于 2016-2-12 08:39
下面的动画很有科普性.

上面腾讯的文章有此动画, 下面是新浪的:
   
http://tech.sina.com.cn/d/s/2016-02-12/doc-ifxpmpqt1099755.shtml
 楼主| hkhtg090201 发表于 2016-2-12 09:55 | 显示全部楼层
本帖最后由 hkhtg090201 于 2016-2-12 09:57 编辑

如果探测到引力波的消息被证实 将意味着什么?

2016年02月11日 20:47     新浪科技 微博



















示意图:两个黑洞的合并过程及其对于背景星光的扭曲形变效果

一个中央存在两个黑洞的星系

  新浪科技讯  北京时间2月11日消息,在过去的近10年时间里,尽管圈子非常小,但一个全新的天文学领域的确正逐渐出现,那就是引力波天文学。和传统天文学使用天文望远镜对宇宙进行观测不同,引力波探测器使用的是激光和反射器,研究人员会让激光在两块呈直角方位的反射镜之间来回,并观察两束光波叠加时所呈现的干涉条纹特征。这正是位于美国的“激光干涉引力波天文台”(LIGO)所采用的做法。在2002年至2010年之间的运行时期,LIGO设施验证了其设计概念的可行性,随后经历了长达5年的关闭升级。直到2015年9月份,升级后的该设施被重新启用并被称作“先进LIGO”。而就在今天晚上,北京时间2月11日23:30许,先进LIGO合作组即将对外发布他们的首个重要科学成果。对此,外界普遍的猜测是:他们将要宣布首次直接探测到引力波信号的消息。如果这个消息最终结果被证实,这将意味着什么?

一个脉冲星双星系统及其产生的时空涟漪(引力波)示意图

LIGO设施工作原理图

  时空中的涟漪

  当爱因斯坦最早提出他的广义相对论的时候,他彻底革新了我们原先对于时间与空间的概念理解。我们此前一直认为空间是恒定而不变的,物质和能量存在于其中。但爱因斯坦的理论指出空间实际上与能量和质量之间都是相互联系的,并且随着时间推移空间也在发生变化。如果只存在一个质量物体,静止地存在于时空之中(或者处于匀速运动状态),那么它所处的时空不会发生变化。但如果你加入第二个质量物体,那么这两个物体之间就会发生相互运动,互相会向对方施加一个加速度,在这一过程中也就将造成时空结构的改变。更加重要的是,由于存在一个大质量粒子在引力场中运动,广义相对论指出这一大质量物体将会被加速,并释放一种特殊的辐射:引力辐射。

  这种引力辐射与你所知的其他任何种类的辐射都不同。它会以光速穿越空间,但它本身又是空间中的涟漪。它从被加速的物体带走能量,这就意味着,如果这两个质量物体处于相互运行的轨道之中,那么随着时间推移这个轨道将会逐渐收缩,这两个质量物体之间的距离将逐渐缩短。不过不要太过担心,对于像地球围绕太阳运行这样一个系统,相对而言这两个天体的质量还太小,而两者之间的距离又非常巨大,因此在引力波耗散能量的条件下,这个轨道也将需要经过10的150次方年才会衰减崩溃,如此长的时间早已远远超过了宇宙的年龄,事实上这也远远超过了已知所有恒星的寿命!然而对于相互绕转的黑洞或中子星而言,它们之间存在的轨道衰减效应则已经被观测到了。

  科学家们认为宇宙中可能还存在着我们尚未探测到的更高能的事件,如黑洞的相互合并。这类事件应该会产生某种特征信号,而这样的信号是可以被“先进LIGO”系统捕捉到的。

先进LIGO设施的引力波探测范围示意图

先进LIGO设施升级过程中,工程师正在工作

  先进LIGO探测器

  从本质上而言,“先进LIGO”系统采用的探测手法是相当简单而直接的,它利用了引力波辐射的本性和它最重要的性质之一。引力波会造成空间的拉伸或压缩,其频率和强度取决于形成这种引力波的天文事件所具有的一系列特征,如两个相互绕转天体各自的质量大小、它们两者之间的间距以及这一系统距离地球的远近。“先进LIGO”设施包括两条互相垂直的长臂,长度均为4公里。将一束激光用分光镜分成夹角为90度的两束,然后两束激光分别被4公里外的反射镜反射回来并发生干涉,并且这样的反射可以来回进行多次,从而大大增加激光运行的路径长度。由于频率和波长完全一致,在正常情况下,这两束激光应该是完全相同的,但是如果存在引力波作用,则会对这两束激光的波长频率产生影响,从而导致两束激光在叠加的干涉条纹上出现改变。这样的改变将能够让科学家们判断两个绕转天体各自的质量大小、它们之间的间距以及这一系统到地球之间的距离等丰富的信息。

  先进LIGO包括两处设施,分别位于美国西北部(华盛顿州)以及美国东南部(路易斯安那州)。如果这两处设施均观测到同样的信号,那么我们几乎就能够肯定我们的确是观测到了引力波信号了。目前版本的LIGO系统对于质量在1倍太阳质量到数百倍太阳之间之间的两个黑洞合并过程可能产生的引力波信号最为敏感,且其探测能力可以覆盖距离地球数百万光年之外——在这样一个巨大的空间范围内,符合条件的黑洞合并事件每年都会至少发生几次。


   尽管这次的消息最早是由一位项目组之外的科学家劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)最先披露的,因而也引发了外界的广泛批评——因为这样的消息理应是由当事方,也就是LIGO项目合作组来负责对外发布的。但不管如何,就在今晚,如果引力波被首次直接探测到的消息能够得到证实,那么这些都将显得不再那么重要,因为我们将会因此受益良多:我们将会再次确认爱因斯坦是对的,引力辐射是真实存在的,并且黑洞的合并过程的确会产生这样的引力辐射,而更重要的是,这样的引力辐射信号是可以被 从地球上探测到的。这将是一个全新的天文学领域,一个不需要望远镜的新的天文学领域,它将引领我们打开理解黑洞、中子星和其他难以采用传统方法进行观测的天体类型的全新视野。(晨风)  如果今晚LIGO合作组真的如外界所传言的那样,正式宣布探测到引力波信号的消息,那么这一消息所承载的意义将远远超出其本身——这将是对爱因斯坦广义相对论的全新检验,也是人类历史上对引力辐射首次成功的直接探测。“先进LIGO”是有史以来人类建造的最先进的引力波观测设施,因此也是最有希望能够窥见真实引力波信号的地方。该项目有超过1000名顶尖科学家参与其中,因而也使其成为规模最为庞大的引力波搜寻国际合作研究项目。如果所有科学目标都能够如预期中的那样达成,那么就在今晚,我们将一起见证一个全新天文学时代的开端。







rottenweed 发表于 2016-2-12 23:42 | 显示全部楼层
hovii 发表于 2016-2-12 03:12
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102

意义重大,PRL对此文开放下载 ...

读了下论文,没有其它验证。
引力波观测只有LIGO的两个探测器(意大利的Virgo正在修),不能精确定位。
没有其它的波段的观测。
完全是用频率和频率时变和计算模型比较,然后根据计算能量和实际振幅来推算出距离。

个人认为这个说服力还不足,得等一个有其它设备同时验证的记录,至少要有个独立的距离测量。
hovii 发表于 2016-2-13 02:15 | 显示全部楼层
rottenweed 发表于 2016-2-12 23:42
读了下论文,没有其它验证。
引力波观测只有LIGO的两个探测器(意大利的Virgo正在修),不能精确定位。
...

作为第一个直接探测结果确实不能提供更多的数据,今后会有其它几个探测器相续投入使用。
LIGO有两个探测器,同时测到信号,还测出引力波到达的时间差,已经算是互相验证了。
印度计划建第三个干涉器,将大大提升对源的定位能力。
经历了前一次引力波的风波,估计LIGO在公布结果时还是很谨慎的。

直到现在还是有人根本不相信真的存在黑洞,认为只是广义相对论的数学解而已。
LIGO这种结果各方面的意义还是很大的。
rottenweed 发表于 2016-2-13 11:34 | 显示全部楼层
hovii 发表于 2016-2-13 02:15
作为第一个直接探测结果确实不能提供更多的数据,今后会有其它几个探测器相续投入使用。
LIGO有两个探测 ...

如果有个同时的射电爆、伽玛爆或者光学爆被观测到,而且红移值和引力波模型的推算一致的话,那就几乎没有任何置疑的余地了。
现在还得再等下一次事件吧。好像按照推测的概率,也不需要等很长,最多一两年。

如果不是只能定出个900平方度的可能天区,那么至少可以寻找光学对应体。两个探测器实在是不够定位用。
lemoncap 发表于 2016-2-13 21:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 lemoncap 于 2016-2-13 21:57 编辑
红色信号 发表于 2016-2-12 01:04
最新的发现被已经证实了 引力波的存在这是划时代历史性的发现

LiGO 和Bicep2 原理完全不同
 楼主| hkhtg090201 发表于 2016-2-24 13:11 | 显示全部楼层
本帖最后由 hkhtg090201 于 2016-2-24 13:12 编辑


刘慈欣谈引力波:未来长期对人类生活无意义  
2016年02月23日  中国新闻网


















刘慈欣(新浪科技配图)

   

   中新网太原2月23日电 (胡健)“在相当长一段时间,引力波将停留在基础科学研究的层面,用来扩展人类知识,加深对宇宙的理解。但对人类的现实生活,我不认为有任何意义。”中国科幻作家刘慈欣23日在接受中新社记者采访时说。


  LIGO(激光干涉引力波观测站)实验组宣布直接观测到引力波信号,成为近期全球热议的话题,这一发现印证了物理学大师爱因斯坦100年前的预言。


  亚洲首位获得雨果奖(世界科幻文学界的诺贝尔奖)的中国科幻作家刘慈欣在2008年出版的《三体》中曾对引力波这样表述道:“罗辑一家远远地就看到了引力波天线,但车行驶了半小时才到它旁边。这时他们才真正感受到它的巨大。天线是一个横放的圆柱体,有一千五百米长,直径五十多米,整体悬浮在距地面两米左右的位置。它的表面也是光洁的镜面,一半映着天空,一半映着华北平原。”


  刘慈欣在小说中把引力波发射装置作为人类和三体星人抗衡的武器。在他的另一篇科幻小说《朝闻道》中,引力波同样成为了在宇宙间传递信息的工具。谈及引力波缘何应用在科幻小说里,刘慈欣说,是因为它可以轻易地穿透物体,且不会发生任何衰变。

  
    刘慈欣认为,引力波唯一能够进行应用就是它的通信功能,它可以在未来的宇宙航行中进行超远距离的通信,而且不衰减。“但这个前提是要产生出引力波,即使把整个太阳系的质量用来产生引力波,它也很微小。所以我个人认为,引力波在相当长的时间内,都只是人类进行基础理论研究的东西。”刘慈欣说。  “引力波的证实,是理论物理学中很重要的一个发现,它为人类观测宇宙打开一扇新的窗口。”平日里在社交网络中“潜水”的刘慈欣在得知引力波的发现后,显得平静和理性。刘慈欣认为,这次发现对引力波的研究只是开始,未来人类还有很长的路要走。

  “引力波的发现可以让我们去了解宇宙的过去、现在和未来,同时也能让我们对一些遥远的宇宙事件(黑洞碰撞等)进行更深层次的了解。”刘慈欣在谈到当前引力波的作用时如是说。目前,中国已启动“天琴计划”和“太极计划”两项引力波探测工程,用刘慈欣的话说,“人类对引力波研究,才刚刚开始。”








DF21 发表于 2016-3-3 11:29 | 显示全部楼层
rottenweed 发表于 2016-2-13 11:34
如果有个同时的射电爆、伽玛爆或者光学爆被观测到,而且红移值和引力波模型的推算一致的话,那就几乎没有 ...

两个没有吸积盘的双黑洞合并几乎不会释放电磁波信号,绝大多数能量以引力波释放
rottenweed 发表于 2016-3-5 01:17 | 显示全部楼层
DF21 发表于 2016-3-3 11:29
两个没有吸积盘的双黑洞合并几乎不会释放电磁波信号,绝大多数能量以引力波释放

两个“干净”的黑洞,理论上不会有任何电磁波发射。
但是,即使是这样,能在引力波观测的推算位置用电磁波段发现一个星系,也可算作一个重要的旁证。毕竟,在星系外产生恒星级黑洞的可能性是很小的。
bxdfhbh 发表于 2016-3-5 21:47 | 显示全部楼层
rottenweed 发表于 2016-3-5 01:17
两个“干净”的黑洞,理论上不会有任何电磁波发射。
但是,即使是这样,能在引力波观测的推算位置用电磁 ...

两个黑洞靠近的过程中,因为引力波会损失能量。
在这个靠近的过程中,如果有第三个黑洞从旁边路过,通过万有引力拉开这两个黑洞一段距离,接下来这两个黑洞再接着靠近,那可以让这两个黑洞比原先释放更多的引力波,损失更多的能量吧。

未来进入星际时代后,人类有没有可能通过这种方法消耗掉黑洞的能量,让黑洞释放更多的能量,让合并后的黑洞更小?甚至通过一次又一次的拉开,将其消耗到低于黑洞临界质量,最终消灭掉这个黑洞?
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