引力波踪影寻觅.PDFVIP

安徽师大关工委 大学生科普讲座 震动世界的科技事件—— 引力波踪影寻觅 物理与电子信息学院 陆同兴 2016.5 时空涟漪首露身影 2015年9月14 日美国东部夏令时间5:51 ，爱因斯坦 在100年前预测的时空涟漪，终于在精心制作的LIGO面 前露出了身影。包括中国在内，全球有14个国家的1000 余名科学家参加了这项检测。 时空涟漪—— 引力波来访地球 100 年前，爱因斯坦由理 论计算证明，做加速运动的 大质量天体可以剧烈地撼动 时空，并以扭曲空间的波动 形式从波源处辐射开来。这 种时空涟漪被称作为引力 波。 两个横跨美国的激光干涉引力波探测器(LIGO) ，一个 在路易斯安那州的李文斯顿，另一个在华盛顿州的汉福德。 两个探测器几乎同时收到了来自遥远宇宙中发生的剧变事件 所产生的时空涟漪—— 引力波信号。 上图显示，除了强度(应变) 上有些差别以外，两个 LIGO探测器中观测到的引力波波动强度随时间(s)和频率 (Hz)变化的变化非常符合。时间从0.2s开始到0.45s ，频率 从35 Hz 快速上升到250 Hz。数据显示引力波记录时差为 7 ms，而汉福德与达李文斯顿两地相距 3002 km，说明引力 先到南部的李文斯顿，随后来到汉福德。 引力波与黑洞合并模拟图 图的上部描述了两个黑洞合并 的三个阶段。首先是它们的内旋阶 段，两个黑洞因能量损失而相互 近，直至双方合并到一起，并形成 达到最终稳定状态的新黑洞。合并 中的能量损失以引力波的形式辐射 到宇宙中。 图的中部是接收信号的强度 的重建曲线与记录曲线的对比，可 见两者惊人的一致。图的下部展示 了合并过程中两个黑洞的间距和相 对速度随时间变化的过程。 双黑洞的内旋模拟图 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相当于为29颗和36颗太阳的质量，合并成一颗高速 旋转的的黑洞，质量相当于62倍太阳的质量，出现的约3倍太阳质量的亏损以强大 引力波能量形式向宇宙空间释放。牛顿力学中轨道是稳定的，但在相对论力学下 引力辐射会造成轨道的缓慢收缩。引力波经过13亿年的长途跋涉途中，穿越地球 空间，被两台美国“激光干涉引力波探测仪装置” （LIGO ）相继捕捉。 北京时间2月11 日23点30分，美国国家科学基金会（NSF）召集了 来自加州理工学院、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！ 科学家们欢呼雀跃 从左到右分别为：Gabriela Gonzalez, Rainer Weiss 与 Kip Thorne 时空能弯曲？ 迈克耳逊和莫雷实验 19 世纪下半叶，科学界流传行着一种 如图，从光源发出的光束经分光板分成 “ 以太(Ether)学识，它是光波的传播介质。