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LIGO的故事 -- 2017年诺贝尔物理奖

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2017年的诺贝尔物理奖发给了LIGO的三位设计师和创建者,麻省理工的雷纳·魏斯(Rainer Weiss)以及加州理工的基普·索恩(Kip Thorne)和巴里·巴里什(Barry Barish)。我想大家都对LIGO和前段时间引力波的探测有所了解,这里我就介绍一下三位诺奖得主在其中的贡献。
1915年爱因斯坦发表了广义相对论,到1916年他已经得出了场方程的波动解,换句话说他已经预测了引力波的存在。但是要想直接探测到引力波是一个几乎不可能完成的任务。即使是像最近那样几十个太阳质量的大型黑洞的合并事件产生的引力波,在到达地球时引起的长度变化也只有十万亿亿分之一。LIGO的一个探测臂长度是2.5英里,但是引力波引起的变化才是质子的直径大小。所以爱因斯坦本人都认为引力波的探测也许永远不会实现。
尽管如此困难,仍然没有阻止科学家探测引力波的梦想。60年代起这方面的理论探讨就一直不断。70年代魏斯和格拉斯哥大学的罗恩·德雷佛(Ron Drever)分别独立地提出了用激光干涉仪来监测两个相距很远的镜子之间的距离,从而探测引力波的出现。1975年的一个晚上,同在华盛顿特区参加会议的魏斯和索恩(索恩是引力理论专家,而魏斯跟德雷佛一样是实验物理学家)在一个旅馆房间里通宵未眠,讨论探测引力波的理论上和实验上的可行性。
回到加州后,索恩雇佣了德雷佛准备在加州理工建立一个基于激光干涉仪的引力探测器;同时魏斯则在麻省理工准备建同样的探测仪。但是在申请研究基金时他们遇到了困难。魏斯本人在接受采访时说,当他向国家科学基金的人解释说他们准备探测相距几公里的两面镜子之间一个质子直径的距离变化时,所有人都认为他们是“异想天开”(everybody thought we were out of our mind)。最终国家科学基金同意了探测器的投资立项,但是要求加州理工跟麻省理工并项,由魏斯,索恩和德雷佛一起负责,在华盛顿州和路易斯安那州各建一个探测器。每个探测器由L形的两条相互垂直的真空隧道组成,L的每条臂长2.5英里。这恐怕是世界上最长的真空隧道。
到1987年时,最初的三头组合被一个“单头领导”所代替,新的项目头头是加州理工的福格特博士(Rochus Vogt),随后德雷佛离开了LIGO项目。但是项目始终没有太大进展,直到1994年巴里什开始担任项目总监。巴里什在组织大规模科研项目上有非常丰富的经验。他重新做了预算和项目规划,建议LIGO不要一步到位,而是先建一个相对低精度的探测器,然后逐步提高精度。他还创立了所谓的LIGO科学合作(LIGO Scientific Collaboration ),组织世界范围的天文学家和物理学家参与研究和分析LIGO的数据。巴里什的作用至关重要,诺奖得主格拉肖说没有巴里什就没有引力波的发现。
2015年9月,就在LIGO刚刚升级到目前最高精度后不久就探测到了一个五分之一秒的波动。在爱因斯坦发表广义相对论100年后,人类终于第一次直接探测到了引力波。


1楼2017-10-05 14:43回复


    IP属地:德国2楼2017-10-11 01:50
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      谢谢丽雅吧主点赞!谢谢雷吧主加精!!


      3楼2017-10-11 23:35
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        网上有关引力波的科普,都是满嘴跑火车,在 CloudK的老贴里找到一点点科普,我复制过来只当是抛砖了,不能引玉也能热闹几分,,,,
        1,引力场是满足引力场方程的度规的解,而引力波则是在满足引力场方程基础上,具有传播模式或者符合色散关系的解。就类似于电磁场、电磁波与Maxwel方程的关系。
        2,引力波和引力不一样。引力波取决于大质量物质质量变化剧烈程度,引力大小才是和距离有关。就好比电磁场和电磁波一样,电压很高电场很强不一定能发光,而发光也不见得非要电压电场很强。
        3,自由传播的波并不衰减
        波在传播过程中也会衰减,但不是因为和传播距离有直接关系,而是因为传播过程会碰到障碍而损失能量。
        非常好奇的问一句, 当引力波通过的时候,难道是有选择性的影响物体吗? “探测臂”受影响,“尺子"不受影响吗?


        IP属地:浙江来自手机贴吧5楼2017-10-15 11:24
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