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【每周一榜】引力波探测史上的十件大事

2016-02-16  天朗朗


(1)1915年:论证引力的本质

爱因斯坦发表广义相对论论文,论证了引力的本质是:时空几何在物质影响下的弯曲。



(2)1916年:提出引力波

爱因斯坦在广义相对论的框架内又发表论文论证,引力的作用以波动的形式传播,这就是引力波。


(3)1965年:首个引力波探测器

马里兰大学的物理学家韦伯在世界上首次设计出共振型引力波探测器。该探测器由多层铝筒构成,直径1米,长2米,质量约1000千克,用细丝悬挂起来。当引力波经过圆柱时,圆柱会发生共振,进而可以通过安装在圆柱周围的压电传感器检测到。


(4)1968年:无法重复的引力波探测结果

韦伯宣称他探测到了引力波,立刻引起了学界的轰动,但是后来的重复实验都一无所获。


(5)1970年:激光干涉方法探测引力波

20世纪70年代,加州理工学院的物理学家莱纳·魏斯等人开始考虑使用激光干涉方法探测引力波。但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的-18米的变化,相当于质子直径的千分之一才有可能。直到20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。


(6)1974年—1980年:引力波存在的间接证据

美国物理学家家泰勒和赫尔斯利用射电望远镜,发现了由两颗质量大致与太阳相当的中子星组成的相互旋绕的双星系统。由根据广义相对论,当两个致密星体近距离彼此绕旋时,该体系会产生引力辐射。辐射出的引力波带走能量,所以系统总能量会越来越少,轨道半径和周期也会变短。他们观测结果精确地按广义相对论所预测的那样:周期变化率为每年减少76.5微秒,半长轴每年缩短3.5米。这是人类第一次得到引力波存在的间接证据,是对广义相对论引力理论的一项重要验证。泰勒和赫尔斯因此荣获1993年诺贝尔物理学奖。


(7)1991—1999年:建成引力波天文台

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)。1999年11月建成,耗资3.65亿美元。

 
 

(8)2005年—2007年:升级版LIGO未能探测到引力波

LIGO进行升级改造,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。但未能探测到引力波存在的可靠证据。

  

(9)2015年:最新版LIGO上线

最新的激光干涉引力波天文台(LIGO)正式上线。理论上,该天文台可以探测到3亿光年远的引力波事件。

 
 

(10)2016年:引力波存在的直接证据

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)”的研究人员当天在华盛顿举行记者会,他们探测到引力波存在的直接证据。科学家探测到的是由黑洞合并产生的一个时间极短的引力波信号,持续不到1秒。它经过13亿年的漫长旅行,于2015年9月14日抵达地球,被刚改造升级的LIGO的两个探测器以7毫秒的时间差先后捕捉到。






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