引力波与引力波探测

简要介绍引力波的理论预言与探测现状 ,讨论近年来激光干涉仪引力波探测器的研制工作。     

引力波与引力波探测

 一、引力波探测的主要背景引力波是爱因斯坦和其他物理学家提出的关于广义相对论的四大预言之一,未来在引力波探测的研究中所获得的突破,将可能比其他预言产生更为巨大而深远的影响,甚至大大促进人类文明的进程。1916年爱因斯坦发表了他的广义相对论,并在该理论的基础上预言了引力波的存在。到目前为止,广义相对论一些重大预言都被实验证实了,它们包括水星近日点的进动、光线在引力场中的弯曲、光谱线在引力场中的频移,以及由此而延伸的关于雷达回波的延迟等。这些成果又进一步推进了相对论在天文观测、相对论天体物理、宇宙学甚至高能物理和广义相对论的交叉领域等方面的应用。     

引力波探测和引力波天文学

引力相互作用是目前人类已经认识的四种基本相互作用之一。广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的引力理论。     

引力波探测展望

早在1916年，爱因斯坦在发表广义相对论时就预言引力辐射的存在．但在初期，大多数人都怀疑引力波（Gravitational　Waves）仅仅是爱因斯坦提出的引力场方程的一个近似解…而没有实质的物理效应．直到1950年代末期，从理论上证明引力波是携带能量的并可以被探测到，引力波的存在才在理论上得到了充分的确认．广义相对论预言引力波的主要特性有：在真空中以光速传播；     

引力、引力波和引力波的探测

简要地回顾了引力和引力波概念的由来,以及人们为探测引力波所作的各种努力．     

漫谈引力波探测

爱因斯坦广义相对论成功地预言了行星进动、引力红移、光线偏折、回波延迟等物理事实，而“存在引力波”是爱因斯坦广义相对论的另一重大预言。根据广义相对论，我们从爱因斯坦广义相对论引力场方程的弱场近似可以得到线性近似的引力波解；引力波是横波，能以光速穿过真空；引力波非常容易产生，但是非常的弱如果让一根长为20米，直径为1.6米，重500吨的圆棒以能够使自身断裂的极限速度（每秒28转）围绕自身中心点高速转动，它发射的引力波功率也不过只有2.2×10^-19瓦，因此，对引力波的探测极其困难。     

《引力波探测》

正王运永教授的新作《引力波探测》已由科学出版社出版。引力波天文学是近年来开辟的探索宇宙奥秘的新窗口。多年来大家比较熟悉的利用各种波段的电磁辐射和高能宇宙射线研究天体已经取得多方面成果,但是同广义相对论和宇宙起源密切联系的引力波虽然经过五十多年理论与实验的探索,实现其测量是十分困难的。可喜的是利用长距离双向激光干涉系统经过十余年建造和改进,     

原初引力波与阿里探测计划

2016年3月公布的我国\     

引力波探测的光学方法

引力波将会向人类提供更多关于这个广袤宇宙的信息.科技的进步终于使人类有能力建造足够灵敏的实验仪器来探测抵达地球的微弱波动.本文首先从力学入手,讨论引力波与物体的相互作用.然后,应用在光学课上所学的知识探究目前世界上最大的科学合作项目之一LIGO的基本原理,考虑实际操作中的部分参数选取,提出减少外界因素干扰的一些方法.最后还将简要介绍LISA.     

空间引力波探测望远镜初步设计与分析

引力波的直接观测已开启引力波天文学的新篇章,爱因斯坦的百年预言终获证实。空间引力波探测器使得探测0.1 m Hz~1 Hz频段丰富的引力波源成为可能,与地面引力波探测器互为补充,才可实现更加宽广波段的引力波探测,揭开宇宙早期的更多秘密。空间激光干涉引力波探测采用外差干涉测量技术,测量间距百万公里的两自由悬浮测试质量间10 pm量级的变化量。望远镜是激光干涉测量系统的重要组成部分,1 pm的光程稳定性及苛刻的杂散光要求,不同于传统的几何成像望远镜。本文根据空间太极计划任务需求,对望远镜的功能及技术要求进行了分析,并完成了原理样机的初步方案设计,针对百万公里远场波前分布,分析了望远镜系统的敏感性,同时完成了在轨光机热集成仿真,为后面原理样机的研制奠定了技术基础。     

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。     

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.     

脉冲星计时阵探测引力波

一百年前,爱因斯坦发表了著名的广义相对论并预言了引力波的存在。在广义相对论中,引力被描述成时空弯曲的几何效应。物质和能量的分布引起时空的弯曲;这种时空的曲率反过来“指导”身处其中的物体如何运动。一般来说,加速运动的物体会引起时空曲率的扰动,而且这种扰动将以光速传播出去。这种现象就是引力波,可以形象地称之为时空的“涟漪”。     

引力波探测的现状和意义

 引力波是广义相对论的一个理论预言。1916年爱因斯坦创立广义相对论,揭示了一个全新的时空观念:时间和空间并非绝对和独立地存在,它们是相互联系的,由物质分布和运动所决定的属性。在时空中运动的物质,其轨迹由时空曲率决定。这种时空结构的几何化概念,对引力的本质提出全新的解释,是一种新的引力理论。一、引力波是变化着的4维时空曲率的传播物质的引力场是一种无需介质的广延场,与电磁场相类比:电荷的加速运动能辐射电磁波,那么,理论上物质的运动也辐射引力波。爱因斯坦在引力场方程的弱场近似解中得到平面引力波辐射的结论。近代其他引力理论也得出存在引力波的预言。     

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？     

引力波探测引入基础物理教学

在基础物理教学中适当引入一些与研究前沿相联系的内容,有助于促进学生更好地掌握基础物理中的相关内容,开阔学生眼界;更重要的是有利于激发学生的好奇心,增强学生学习的自信心和为科学奋斗的上进心.我们在基础物理教学中结合引力波探测的成就作了一些这样的教学尝试.     

用电磁方法探测高频引力波

 一、高频引力波不能使用传统方法进行探测根据广义相对论的预言,利用引力波的潮汐效应,可以对引力波进行探测。最早的引力波探测方法是共振质量法,其典型装置除韦伯棒(WeberBar)外,还有ALLEGRO(美国)、EXPLORER(意大利)等。它们的共同特点是将棒状或球状质量作为引力波的耦合天线,如果天线接收到了引力波信号,则天线上的不同部分之间将发生伸缩效应,利用声电转换(比如压电效应)可以将机械振动转换成电信号,测量电信号就可以确认是否探测到了引力波信号;这一类引力波探测装置对引力波共振的频率一般为102104Hz.     

“空间引力波探测”简介

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”。     

引力波的预言、探测和发现

引力波是爱因斯坦在广义相对论的重要预言,引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。以引力波探测为基础的引力波天文学是一门新兴的交叉科学,是对传统电磁辐射天文学的巨大拓展与补充。文中讨论了引力波的预言和特性,给出了引力波探测的主要方法,详细分析了激光干涉仪引力波探侧器的工作原理和基本结构,介绍了引力波事例GW150914的主要参数和探测、数据处理。     

面向天基引力波探测的时间延迟干涉技术

时间延迟干涉技术(Time-delay?Interferometry,TDI)对中国引力波探测项目及其它天基激光精密测量任务具有重要的参考价值.在天基引力波探测任务中,需利用激光干涉仪对无拖曳检验质量块间实现十皮米量级的位移测量精度.其中,激光源频率噪声和时钟频率噪声是两项主要噪声.在欧洲主导的LISA(Laser?I...