时空的乐章——引力波百年漫谈(十)

正二十、GW150914——黑洞双星合并的发现随着针对致密双星合并的理论计算——尤其是关于合并末期的数值相对论计算——的积累,因LIGO而摆在理论物理学家面前的三个理论问题就算全部有了答案。在此期间,名为"高级LIGO"的升级工程也顺利推进着,LIGO对引力波的探测逐渐接近了"万事俱备"的状态。2014年3月,"高级LIGO"的设备安装大功告成,开始转入漫长而细致的测试、微调和校准阶     

Rainer Weiss：引力波探测的50年

<正>作为构思和实现历史上最大实验之一的核心的实验物理学家,诺贝尔奖获得者Rainer Weiss通往成功的路径是不同寻常的。2015年,在爱因斯坦提出广义相对论一百年后,位于美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)首次探测到引力波,证实了广义相对论的最后一个预言。2017年,Rainer Weiss由于对LIGO探测器与引力波探测的决定性贡献,与Barry Barish和Kip Thorne共享了诺贝尔物理学奖。     

解密引力波——时空震颤的涟漪

引力波由时空弯曲引起,并以光速传播.爱因斯坦通过广义相对论预言了引力波的存在.2015年9月14日LIGO引力波天文台首次探测到引力波信号,这是人类首次直接探测到引力波,也是首次探测到双黑洞并合事件.我们特别邀请LIGO科学联盟的两位教授从他们的实际科研工作出发,向我们详细解密引力波的前世今生.     

基于普通物理分析LIGO引力波数据

LIGO小组首次直接探测到双黑洞并合过程中产生的引力波辐射,打开了观测宇宙的一个全新窗口.本文利用牛顿力学,量纲分析,以及将引力波与电磁波类比等方法分析了LIGO小组观测到的引力波数据.这些简单的分析能够解释LIGO数据的主要物理结论,估算结果在数量级上与LIGO数据基本一致.本文对黑洞质量,引力波源到地球的距离,双黑洞并合前的初始距离,以及辐射的总能量等参数的估算与LIGO和VIRGO小组给出的结论基本一致.(2017美国物理教师协会)     

《中国光学》“空间引力波探测”专题征稿

正2016年2月12日,美国LIGO地面引力波探测实验组正式宣布人类历史上第一次直接观测到了宇宙中双黑洞并合产生的引力波信号,开启了迈向引力波天文学的新纪元。2017年10月3日,2017年诺贝尔物理学奖授予三位LIGO引力波实验组的科学家,以奖励他们在"LIGO探测器以及引力波探测方面的决定性贡献"。2017年10月16日,美国LIGO和意大利室处女座引力波天文台(Virgo)联合宣布于2017年8月17日首次     

激光干涉引力波探测器——人类的宇宙助听器

爱因斯坦预言引力波100周年之际,人类首次直接探测到引力波信号。文章简单介绍了这次的主角——高新激光干涉引力波天文台(advanced LIGO)的光学与激光部分技术。激光干涉引力波探测器,本质上是一个迈克尔孙干涉仪。原初的迈克尔孙干涉仪也曾在否定以太理论、促使相对论创立的过程中起关键作用。而基于爱因斯坦受激发射理论发展起来的激光技术也在引力波探测中立下汗马功劳。出于协同测量与定位以及扩展引力波探测频段等方面的考虑,除LIGO之外,还有多个地面和空间激光干涉引力波探测器在建或在研。可以预计,当前只是引力波探测技术与引力波天文学发展的开端。     

从引力波探测到包含引力波的多信使天文学

2015年9月14日,LIGO实现了人类的第一次引力波直接探测.该实验结果在2016年2月公布,并被命名为GW150914.随后引力波探测的进展非常迅速.到目前为止已确认双黑洞并合引力波探测结果 4例,分别包括GW150914,GW151226,GW170104和GW170814.已确认的双中子星并合引力波探测结果 1例,GW170817.另外还有疑似双黑洞并合引力波探测结果 1例LVT151012.受引力波探测的驱动,关于引力波的物理学和天文学研究在2016年以来发展也异常的迅速.本文将对引力波探测和引力波天文学相关的理论物理问题做简要的介绍和展望.特别是引力波天文学能够研究的理论物理问题、引力波数据处理所涉及的理论问题和引力波理论描述的问题,本文做了较为详细和深入的介绍,同时还讲述了著名科学家如爱因斯坦等在相关问题上的研究故事.     

第三个引力波事例GW170104

<正>5月31日,LIGO和Virgo科学合作组织举行了一次内部媒体发布会,正式宣布在高级LIGO探测器上探测到第三个引力波事例GW170104。与前两个事例一样,它也是由两个相互旋绕的黑洞合并时产生的。合并之前两个黑洞的质量分别为31.2和19.4个太阳质量,合并后形成了一个48.7太阳质量的黑洞。大约有2个太阳质量的能量以引力波的形式释放出来。该事例被分别位于汉福德和利文斯顿的两个高级LIGO探测器同时观测到,信号到达汉福德探测器的时间比到达利文斯顿探测器的时间早3毫秒。整个信号过程持续了短短的0.1秒,波源到探测器的距离为30亿光年。从去年11月30日开始,高级LIGO探测器在进一步改进和调节之后开始了第二次运行,预计今年8月份结束。美国LIGO的同事告知,到目前为止,     

时空的乐章——引力波百年漫谈(十一)

二十二、更小、更远、更准GW150914是一个里程碑式的成就,不过LIGO的成功不能只靠一次成就。事实上,如我们在第二十节中提到的,探测到GW150914之后的一段时间内,LIGO内部对GW150914有一种基于概率的疑虑,消除这一疑虑的则是三个多月后探测到的另一组信号:GW151226。     

时空的乐章——引力波百年漫谈(一)

<正>一、称不上源头的源头2016年2月11日,美国激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,简称LIGO)宣布观测到了引力波。这是在经过近半个世纪的不成功尝试之后,人类首次观测到了这种曾被爱因斯坦(A.Einstein)预言过的现象。LIGO观测到引力波的消息激起了媒体和公众的极大兴趣,甚至一度致使LIGO网站因访客过多而瘫痪。LIGO观测到的引力波来自一对黑洞的合并,这对黑洞的质量均     

激光干涉引力波天文台探测到的引力波事件中的黑洞

2016年2月11日,激光干涉引力波天文台(LIGO)发布了震惊世界的科学新闻:爱因斯坦100年前预言的引力波终于被人类探测到了!而且这个引力波事件GW150914来自于两个恒星级质量黑洞的并合!众多大众和专业媒体都对此做了大量的报道和介绍,引起了大众的普遍关注,因此文章将从不同的角度简要回答有关产生这个引力波事件中的两个黑洞的几个问题:为什么爱因斯坦不相信黑洞存在?怎么知道这样的天体是黑洞?物质是如何掉到黑洞里面的?如何获得独立的证据证明这样的引力波事件的确来自于黑洞的并合?探测这样的引力波事件对于我们理解黑洞有什么进一步的作用?     

多波段引力波宇宙研究和空间太极计划

正1.引言2016年2月11日激光干涉引力波天文台(LIGO)实验组宣布直接观测到由两颗恒星级黑洞在十多亿年前并合后产生的引力波;时隔仅仅四个月,在6月16日LIGO宣布再一次观测到双黑洞合并产生的引力波信号。这两次实验结果不仅是对100年前爱因斯坦广义相对论所预言的引力波的直接验证,更为人类进一步探索宇宙的起源、形成和演化提供了一个全新的观测手段,也为深入研究超越爱因斯坦广义相对论的量子引力理论提供了实验基础。通过探测各个频段的引     

收听黑洞的宇宙哼鸣

正最近对来自外空间的引力波的探测将天文学引领到一个新纪元。至今,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和Virgo的团队已观察到来自一些黑洞并合以及一对双中子星并合的引力波。但是所探测到的这些事件只不过是冰山一角。估计在宇宙中质量与恒星质量相当的一对黑洞,每几分钟便发生一次并合。双中子星每15秒左右发生一次并合。然而只有少数这种并合发生在足够近处,而能被探测到。澳大利亚Monash大学的Rory Smith和Eric     

通向天基引力波探测器

正来自LISA探路者任务的初步结果表明,对于处于自由落体状态的两个测试立方体,它们之间的相对加速的噪声很小,满足天基引力波探测的要求。2016年2月,激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到由两个黑洞合并引发的引力波。这一结果的公布使很多物理和天文学领域的科学家感到震惊和兴奋。当所有的眼光转向LIGO时,LISA探路者(LPF)正静悄悄但信心十足地为引力波天文学的下一场革命铺平道路。LPF是激光干涉空     

基于强磁场和弱光子流检测的高频引力波探测系统

正一、引言2016年2月11日,美国国家自然科学基金委员会,携美国加州理工、麻省理工以及美国的激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational Wave Observation,简称LIGO)合作团队,发布了LIGO探测到引力波证据的报道。据悉,这是一个来自13亿光年之遥的两个巨大黑洞合并过程产生的中频引力波(频率从35Hz到250Hz),这一引力波在地球上的     

周培源教授风范管窥

一、课堂记趣 周培源教授是我国有杰出贡献的教育家.周老培养出一代又一代的理论物理学家.我国著名理论物理学家王竹溪教授、彭桓武教授都是周老的学生.周老是怎样教导他的弟子呢?这里披露一些“秘闻”.1.第一课 我在中学念高中物理的时候,就听说全世界只有12个半学者能真正懂得爱因斯坦的相对论.1947年9月,我以敬慕清华大学的民主风尚和学术空气的心情而转学到该校物理系二年级,在这里上的第一课,就是被称为“半个懂得相对论”的周培源教授所开设的理论力学. 从初中、高中到大学的普通物理,牛顿力学都念过三遍了,这能讲出什么新内容呢?然而…     

激光干涉引力波天文台

<正>激光干涉引力波天文台(LIGO)由分别在华盛顿州的汉弗德(Hanford)和路易斯安纳州的利弗斯通(Livingston)的两台孪生引力波探测器组成,它们彼此相距3000千米。当两个探测器同时探测到信号,才有可能是引力波。该天文台建于1999年,2002年开始运行,2015年9月14日探测到信号。     

宇宙起源与阿里原初引力波探测

20世纪建立起的宇宙大爆炸模型取得了巨大的成功,但仍期待着新的革命性的突破。探知宇宙起源及其演化是新世纪对全世界科学家的新挑战,其重要性在近期公布的中国"十三五"规划纲要中得到了高度的肯定。现代宇宙学理论,暴胀以及非奇异宇宙模型如反弹等,预言了原初引力波的存在,但至今还没有被实验证实。不同于近期LIGO合作组探测到的黑洞引力波,原初引力波是宇宙诞生时期产生的,携带着丰富的宇宙学信息,是引力波探测的全新波段,是引力波探测的下一个突破方向。文章简述了中国的阿里原初引力波实验计划及相关的科学问题。     

数值相对论与双中子星并合

双中子星并合过程的引力波信号GW170817已经成功被LIGO直接探测,并合过程中的电磁对应体:短伽马射线暴GRB170817A以及光学、红外、紫外波段的千新星AT2017gfo也被多个天文台一同探测到,这标志着多信使天文学时代的开始。而数值相对论,即用数值模拟的方法研究双星并合的过程,在引力波探测、理解引力波源性质等方面起到举足轻重的作用。除此之外,数值相对论模拟的结果,也是我们理解千新星观测现象的重要工具。文章将回顾数值相对论建立、发展的历史,并介绍其在引力波探测、理解观测现象中所扮演的重要角色。     

两起重要高能天体物理现象被观测到

两起重要的高能天体物理事件碰巧都在1989年5月22日这一天被观测到.1989年夏天对高能天体物理学家充满了生气. 发现之一是加州大学San Diego 分校的物理学家在澳大利亚放的探空气球获得的.球上装载了一台新的γ射线谱仪,它是专门为了以空前高分辨本领确定熟知的在银河系中心方向上的γ射线源位置的.但是,除背景以外,在银心方向没有探测到γ射线源.银心方向的γ射线源于1977年首次被发现,它在1980年停止发射并再于1988年又开始发射γ射线. 这是一个令人激动的发现.它提供了又一个证据,证明银河系中心的恒星和气体正在被一个巨大的黑洞所吞食…