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爱因斯坦预测成真:首次侦测到重力波讯号!【转资料】

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◎文章中滴重力就是引力蛤~翻译不同~请大家就自己切换囉~

原文标题:
爱因斯坦预测成真:首次侦测到重力波讯号,全文来自:case读报~2016 年 02 月 12 日 物理


美国的LIGO实验(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,雷射干涉引重波观测站)于2016年2月12日发表了他们最新的实验结果,宣佈首次直接观测到引重波的讯号。
撰文|陈劲豪
重力是自然界目前已知的四大作用力中最弱的一种(另外三种分别是电磁作用,弱作用,强作用)。自从牛顿于1687年在《自然哲学的数学原理》一书中发表了他的万有引力定律之后,人类首次知道苹果落下跟月球绕地球转遵循着同样的物理定律。
到了1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,用数学方程式来描述了重力与时空的关係。从此重力不单只是两个物体之间相互吸引的作用力,而可以用时间与空间的扭曲程度来表示。从爱因斯坦的广义相对论出发,可以推导出许多特别的现象,例如黑洞,重力透镜等结果。这些结果纷纷得到实验观测证实,广泛验证了广义相对论的正确性。
根据广义相对论,质量相当大的物体(例如黑洞)在运动时会改变周围的时空曲率,也就是对周围的时空结构进行扭曲。这个扭曲的变化会以波的形式以光速对外传播。因此,爱因斯坦在1916年,提出了重力波的概念。
这个概念看似複杂,却可以用一个简单的日常现象来表示。如果我们有一个平静无波的池塘。当我们把一个石头丢入这个池塘的时候,我们会看到水面产生一圈一圈的涟漪。这时石头就相当于是重力波理论中的运动中的极重物体,水面就相当于是周围的时空结构,传出的水波就相当于是重力波。


本楼含有高级字体1楼2016-02-12 20:55回复
    所以理论上来说,测量重力波的方法很简单。当物质接受到重力波的时候,会因为重力波所造成的时空扭曲而产生形变。所以我们只要能够观测到测量仪器因为重力波所产生的形变,就可以看到重力波。但是根据广义相对论预测,重力波的强度相当小,因此要观测到重力波所对应的微小变化,需要相当特别灵敏的侦测器。
    LIGO便是针对侦测重力波所设计的侦测器。LIGO的全名是雷射干涉重力波观测站(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)。所以顾名思义,是用雷射所产生的干涉现象来观测重力波。LIGO是个L型的侦测器,分别由各为4公里长并且相互垂直的两臂所组成。一道雷射在两臂的交点处被分为相位相反的两束雷射,各自经过四公里的光路后,被光路尽头的反射镜反射回原处,并在两臂交点处叠加在一起。如果两束雷射在两臂之间经过了完全相同的距离,那麽当这两束雷射叠加之后,会因为相位完全相反而相互抵销。如果重力波通过了这个光路末端的反射镜,由于重力波会扭曲反射镜周围的时空,因此光路会有所改变,使得两束雷射叠加时并不完全同调,而不会完全抵销。这时便可以观测到重力波讯号。
    由重力波讯号所造成的改变相当小,所以LIGO要用各种方法来减低系统噪声。LIGO可以在他们的实验频率范围内把杂讯压制到应变程度(strain)达到10^-23的水准。约略相当于测量一个光年的距离,其精准度可以达到一根头髮的宽度。相对于这次所测量到的应变量约只有10^-21,不难想见其实验对仪器灵敏度的苛求。
    而为了证实重力波的讯号不是因为系统杂讯所导致,因此LIGO在美国华盛顿州的Hanford与路易斯安那州的Livingston建立了一套完全一样的侦测器。这两个实验站的距离约3000公里,如果重力波以光速传播,这两者测量到的时间差将约略在0.01秒左右。因此这两套系统会约略同时侦测到同样的讯号。这样可以相互验证观测到的讯号,并减低因为假讯号而误判的机率。


    2楼2016-02-12 20:56
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      原始论文
      Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger
      B.P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)
      Phys. Rev. Lett. 116, 061102 – Published 11 February 2016
      参考资料
      1. LIGO https://www.ligo.caltech.edu/
      2. Nature News 2016/02/09: Gravitational waves: 6 cosmic questions they can tackle


      4楼2016-02-12 20:58
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        肿么样?奇虾是不是很Q很萌?可不要被它可爱的外面所欺骗哦,它身长可达两米,非常凶猛:
        引用自百度百科:它有一对带柄的巨眼,一对分节的用于快速捕捉猎物的巨型前肢,美丽的大尾扇和一对长长的尾叉。它虽不善于行走,但能快速游泳。25厘米直径的巨口可掠食当时任何大型的生物,口中有环状排列的外齿,对那些有矿化外甲保护的动物构成了重大威胁。这是一种攻击能力很强的食肉动物,它的个体最大可达2米以上,而当时其他大多数动物平均只有几毫米到几厘米。
        奇虾作为当时海里的霸主,能够统治海洋几千万年,除了他的强大的身体之外,还得益于他头顶那对黑溜溜的大眼睛。要知道,在寒武纪,眼睛才开始进化,很多生物没有眼睛呢(可能只有感光细胞),有些生物虽然有眼睛,但是因为进化不够完全,所以视力很模糊,只能看到隐隐约约地看到环境物体的轮廓,所以当捕食者朝它靠近时,它完全反应不过来。奇虾,作为成功的捕食者,在这场“雷达军备竞赛”中一直遥遥领先,它相对于当时的大多数生物,率先进化出了,可以真正“看到”东西的眼睛!
        眼睛的发展本身是一个很复杂的课题,它游一开始的那些感光细胞开始进化,逐步逐步形成了类似于现代生物的那种眼睛。我们姑且把奇虾小朋友作为第一种有“复杂”眼睛的生物。
        大家来算算,
        138亿年前:第一缕光
        45亿年前:地球诞生
        36亿年前:地球生命诞生
        5.3亿年前:有眼睛的奇虾终于可以看到存在了一百亿年的光
        那个时代的生物,从某种角度上来说,是值得骄傲的!他们作为第一批地球生物,看到了那温暖明媚的——光!从此,视觉成为了许多生物,包括人类的最重要的感觉之一。
        好了好了,让我们回到物理,回到时空,回到引力波当中来。其实啊,我在生活中,被很多次地问过:你们探测这个引力波有什么用呢?每次我都可以回答的很好,哪怕对方完全是物理零基础的文科妹子,因为有时候我不讲物理,我讲这个奇虾的故事。
        引力波用粒子的角度去理解就是引力子,和光子的理解方式类似。但是不同于光子在宇宙38万年诞生后才产生,引力子早在宇宙大爆炸之后仅仅0.0000....0001(里面35个0)秒就先退耦了,存在于这个宇宙中,这也被称为原初引力波。之后的一百多亿年的时间里,除了那些原初引力波,宇宙中任何物体只要运动,都会辐射引力波。两个黑洞共舞会释放引力波,超新星爆发会释放引力波,月亮绕着地球会释放引力波,悟空挥动起金箍棒来也会释放引力波,你在路上和心仪的妹子擦肩而过时候,除了你的砰然心动,你,还是在释放着你的引力波。
        对啊,你说对了,引力波就是另一种光,这种“光”的本质是时空的波动,但是还是可以把它理解成除了电磁波(光)之外的令一种光。


        本楼含有高级字体6楼2016-02-12 21:07
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          今天要被引力波给刷屏了蛤~
          下面收集一些引力波滴有趣讨论哦,大家可以看看~
          如何评价 LIGO 科学团队宣布探测到引力波及其影响?
          https://www.zhihu.com/question/40164954/answer/85146122
          重力波:爱因斯坦的最后预言(上)
          http://www.thenewslens.com/post/283252/
          重力波:爱因斯坦的最后预言(中)
          http://www.thenewslens.com/post/283486/
          重力波捕获现场
          http://pansci.asia/archives/93578
          来自深空的交响诗—重力波
          http://pansci.asia/archives/92404


          7楼2016-02-12 21:25
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            大哥你咋个还换头像了呢。。。。。。


            IP属地:黑龙江8楼2016-02-12 21:26
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              个人觉得可以这样理解,发现引力波存在的意义在于,我们拥有了光之外的另外一种观察手段。
              打个比方,我们在生活中可以有眼睛去看、耳朵去听、鼻子去闻;而在宇宙里,人类终于也可以进化出来一种新的感知器官了。


              IP属地:江苏9楼2016-02-12 21:35
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                令人振奋的消息啊,....


                10楼2016-02-12 23:14
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                  咱吧是很有科学探索精神滴~当然不能一面倒的只是欢呼~
                  来看看其他科技人怎么说这件事呗~

                  原标题:科学边界的胡思乱想, 曹政微信公号
                  最近被引力波的文章刷了屏。
                  好吧,不能免俗,跟着写点啥,但是科普这事已经有太多人做了,咱就不凑热闹了,段子手也出一堆了,咱也不凑热闹了。写点自己的胡思乱想,当大家过节的无聊读物吧。
                  先提个特简单的思考题,美国政府花了那么多钱,追到了引力波,对商业有啥作用么,有商机么,乃至对我们的生活有啥影响么,我们的生活品质从中可以获得怎样的提升么?
                  很遗憾,就目前所掌握的知识和信息看,在当前阶段,对我们生活完全,彻底的没有影响,也没有任何商业化的可能,当然,如果你是段子手,可以说去搞一款防止引力波伤害身体健康的服装挂淘宝上卖啊。然而现实是,目前还看不出民用乃至军用的任何实际应用场景。
                  但是,科学就是这样,借用以前对技术的一句评价,短期内其价值往往被高估,而长期看又往往被低估。当时相对论刚提出来的时候,谁又知道会搞出GPS这样牛逼有创造性的全球通用的商业产品呢。(简单科普一下,GPS的理论基础中,采用相对论中时间和速度的关系,以及时间与引力的关系,做了测距修正,有兴趣的自己百科一下)。也许未来某一天,我们真的会受益于这样的科学进步,这也是很有可能的事情。
                  不过今天,也不展开讨论这个话题。
                  在科幻作品,和神学的历史上,都有一个共同的特征,就是存在对“那一天”的预期,那一天是什么? 有人说奇点临近,也可能是审判日,也可能是降临日,人类命运出现重大转折,进入全新阶段的一个时间点。
                  那一天的表现可能是如下中的任何一种,或其他任何可能性
                  1、高等级智慧生命降临。
                  2、神或造物主的降临。(以人类的判断力,可能无法区分以上两种)
                  3、AI接管了世界。
                  4、人类的疯狂者启动了了毁灭世界的程序。
                  5、人们终于完全认识自己和宇宙的奥秘,并掌握了神的能力,可以操纵时间,复制自己,乃至创造物种。
                  6、莫名其妙的被毁灭(如遭遇三体中的光粒,或者人类科学实验的重大事故,比如,超高能对撞机撞出一个黑洞来)
                  7、高维空间降临,或平行宇宙开启,人类开始接触未知空间,并面对未知的挑战。
                  8、人类掌握了思维和意识的秘密,并能够保存和转移意识,甚至彻底数字化,从而改变了生命的定义。
                  9、新的本土物种基因变异获得优势,人类不再占据生物链顶端。(参见人猿星球)
                  10、人类掌握生命基因和细胞的秘密,实现返老还童,死亡不再是必然结局。
                  随着科技的进步,有越来越多的人相信,在我们有生之年,或者我们下一代的有生之年,那一天也许真的来临,当然,有的人是期待,也有的人是恐惧,我们实在不知道,我们会遇到怎样的那一天,但是人类仍然无畏的前行。
                  最近很多科技相关的新闻
                  第一:引力波:让我们更好的认识宇宙,认识这个世界的起源,乃至有机会去接近宇宙物理学的终极奥秘。
                  第二:谷歌AI:深度学习和人工智能,正在超出人们想象速度的发展,在这个新闻之前,我们绝大部分人还坚定的认为,人工智能挑战围棋职业棋手至少需要5-10年。
                  第三:基因工程:目前发展的速度也是超出想象,比如,最新的新闻,中国科学家已经实现对小白鼠的基因改造,实现同性繁殖。
                  基因是什么?DNA是什么? 如果有上帝,上帝一定是程序员,基因就是一段代码,这段代码最初很简单,只能产生单细胞生物,然而在复制,分裂过程中不断变异,不断重新组合,产生新的特征,新的物种,然后在环境中淘汰坏的变异和组合,保留好的变异和组合,直到出现高等智慧生命,这是啥?这就是典型的深度学习啊亲!
                  人类对基因的解码越来越快,也越来越准确,此外,对基因的操作和改造也越来越熟练,这相当什么?人正在成为神,当完全解码完成后,人类可以完全根据自己的需求和想象力,创建新的物种,以及完全控制优化现有的物种,当然,从伦理上,乃至从实际操作中,存在巨大的风险,但是当人类完全掌握这些信息以及能力的时候,我个人认为,也可以认为是那一天到了。人类进入了新的阶段。
                  第四:换头术,新闻里,科学家已经完成了对猴子的换头术,明年就要对人来实行了。
                  此外,对撞机,越做越大,希格斯玻色子也是最近两年被确认发现的。
                  科学,正在加速前进,将我们推向那一天,至于那一天的后面,是阳光坦途,还是万丈深渊,仁者见仁,智者见智,我也不敢妄言。
                  下面说个关于暗黑森林的思考,如果宇宙中存在很多高等智能生物,他们为什么没有出现? 刘慈欣的解释是,大家都躲藏在暗黑森林里,看谁冒头就是一枪。
                  那么我胡思乱想几句
                  存在几种可能
                  1、最悲观的可能,所有高等智能生物,在追寻科学,试图走出他们所属恒星星系的过程中,无一例外会走向自我灭亡,所以没有哪种高等生命可以跨越星系。 比如在探索更高级能量和追寻更细微的粒子过程中,科学实验必然会触动某些未知的领域导致重大灾难。导致其所居住星球乃至星系的灭亡。
                  可以称之为科学锁,只有自我毁灭的实验才能接触到某些高深的物理原则,而实验者并不充分了解其风险和后果。
                  2、我们已经被灭绝,在我们的未来,当我们已经开始对其他智慧生命有威胁的时候,既然时空是一种场,很可能高级智慧生命并不会受时间约束,他们早关注了我们,并在我们形成威胁的那个时间点摁死了我们,而我们受限于不能摆脱时间的约束,目前对此一无所知。
                  3、生命的本质也许远比我们想象的复杂,也许我们只是更高等级生物在平行宇宙的一个投影,而我们自己毫无所知,其他智慧生命只是同样生物在这个宇宙不同的投影,而他们对此有所知,他们并不伤害我们,是因为我们原本一体。默默等待我们能够自己发现并能够重新认识自己。这是一个相对乐观的可能。
                  4、宇宙所有的智慧生命都存在共同的敌人,也许是某个物理法则,也许是某个超出智慧生命理解的存在体,在这种情况下,高级智慧生命希望更多物种更多智慧来对抗这个敌人,解决这个问题,而不是消灭彼此。 当然,这也是一个相对乐观的可能。
                  以上都是胡思乱想,我也很好奇,那一天会是怎样的方式到来,科学走到尽头,会把人类带去哪里,其实,我们对此一无所知,也毫无准备。


                  本楼含有高级字体11楼2016-02-12 23:30
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                    开读帖功能试试,小吧辛苦....


                    来自Android客户端12楼2016-02-13 04:38
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                      小吧辛苦了 看到新闻的那一刻我就直奔未吧


                      IP属地:湖南来自iPhone客户端13楼2016-02-13 08:49
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                        爱因斯坦太牛掰了,现在还没人能超越


                        来自Android客户端20楼2016-02-13 23:38
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                          爱因斯坦老爷子万岁


                          IP属地:四川21楼2016-02-14 11:14
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                            斜坡表示我啥都不懂,你只要给我整个诺曼底就成


                            IP属地:江苏来自Android客户端22楼2016-02-14 12:12
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