从大学辍学生到发明引力波探测器——雷纳·韦斯访谈录

正大约50年前,雷纳·韦斯(Rainer Weiss)就想到了探测引力波的办法。引力波是爱因斯坦广义相对论引力理论中所预测的无限小的时空涟漪。去年9月,关于引力波的预测终于梦想成真,1 000名物理学家通过激光干涉引力波天文台(LIGO)分别位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的两个巨大的探测器,终于在2015年9月检测到了引力波:十亿光年外两个巨大黑洞碰撞时产生的脉冲波辐射。周围同事们猜测,麻省理工学院(MIT)物理学家     

众望所归:引力波探测摘得诺贝尔物理学奖

<正>雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩因他们在激光干涉引力波天文台探测"时空涟漪"的贡献分享了2017年诺贝尔物理学奖。三位物理学家因在引力波的首次直接探测中做出了决定性贡献,摘得2017年诺贝尔物理学奖。美国麻省理工学院的雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、加州理工学院的巴里·巴里什(Barry Barish)和基普·索恩(Kip Thorne)因他们在位于美国的激光干涉     

发现引力波——2017年诺贝尔物理学奖解读

2017年10月3日，终于到了宣布2017年物理学奖的时刻，诺奖委员会宣布：2017年的诺贝尔物理学奖授予三位美国物理学家雷纳?韦斯(Rainer Weiss)、基普?索里(Kip Stephen Thorne)和巴里?巴里什(Barry Clark Barish)，表彰他们对于研制激光干涉引力波天文台以及利用该天文台发现了引力波作出了决定性的贡献。这样的结果毫无悬念，和物理学界大部分学者的预言完全一样。那么，这个科学发现到底是什么？和现代物理学的发展有什么关系？爱因斯坦和这个发现是什么关系？引力波有什么用？有办法防引力波辐射吗？引力波探测与研究的未来是什么？中国在引力波探测领域的现状和未来计划是什么？笔者将在这篇文章里回答上面这些问题。     

捕捉引力波

引力波是基础科学前沿,长期没有肯定答案。当前的研究进展如何?国内似乎渺无信息。本文比较系统地介绍了近期的理论进展和观察结果,特别介绍了美国政府最近拨款2.1亿美元着手建造世界上最大的干涉仪(公里尺度)来直接检测引力波,探索引力本质和宇宙新领域。     

揭开宇宙奥秘的”钥匙”

<正>英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金曾表示:"引力波提供了一种人们看待宇宙的全新方式。(人类)探测到引力波的这种能力,很有可能引发天文学革命。"由此可见,引力波探测对于天文学家和物理学家而言,有着至关重要的意义。首先,对引力波的研究可以加深物理学家对广义相对论的理解。广义相对论在对一些强引力天体系统的精确描述中,起到关键性的作用。在这些强引力系统中,牛顿力学不再适用,我们只能使用广义相对论来研究它们。通过对     

目睹引力波的第一人

正2016年2月11日,在激光干涉引力波天文台(LIGO)工作的物理学家宣布,在几十年的努力后,他们已经检测到两个大质量黑洞爆炸性碰撞所引起的引力波(也就是时空涟漪)。LIGO是设置在路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的两台庞大的仪器,为LIGO工作的科学家有一千人之多,但其中到底谁才是第一个见到人类等待了许久的信号的幸运儿呢?这份荣耀最终落在了一位说话嗓音轻柔的博     

《自然》:2016年度十大科学人物

<正>作为一名物理学家,她帮助首次捕捉到了人类寻找多时的引力波的直接信号一年多以前,加布里娜·冈萨雷斯(Gabriela Gonzalez)正努力保守着自己人生中最大的秘密,在美国的两个巨大探测器捕捉到了引力波的信号。引     

引力波探索

现在物理学家很少怀疑引力波的存在了,但引力波是什么?怎样才能探测到引力波呢?     

LIGO之无名英雄

<正>《自然》杂志聚焦若干在引力波发现过程中发挥了关键作用但未获得诺贝尔奖的人们。每年10月,诺贝尔奖的宣布都会引起一些争议。今年的物理学奖相比其他奖项争议较少。三名获奖者:基普·索恩(Kip Thorne)和巴里·巴里什(Barry Barish)来自加州理工学院,雷纳·韦斯(Rainer Weiss)来自麻省理工学院,因为他们在项目的成功中所发挥的作用而获得了普遍赞誉。     

第三种波通信——引力波通信的实验成果

引力波早在1916年爱因斯坦就预言它的存在,并认为引力波以光速在太空中飞驰。1960年,美国马里兰大学的韦伯教授首先采用铝杆天线装置来探测引力波,嗣后,联邦德国、苏联、美国贝尔实验室也相继采用比铝杆天线更精密的装置来进行探测,结果都未直接探测到来自太空中的引力波。但是,根据爱因斯坦的广义相对论,如果太空中有一颗脉冲星在辐射引力波的话,那么它的公转周期就会缩短。1974年,美国物理学家泰勒博士,发现了一颗脉冲星以0.059秒的周期准确地发出无线电脉冲信号。经过长达四年时间的观测,终于发现其公转周期有了缩短,且其缩短值与理论上的计算值完全相符,这便间接地证实了这颗脉冲星确实是在发射引力波。自此以后,有关引力波是否存在的争论就逐渐趋于平息。近年来还设想和研制了许多有关发生和检测引力波的装置,并且成功地实现了对莫尔斯电码的发送和接收,这就为人类利用第三种波——引力波通信展示了美好的发展前景。本文介绍引力波通信的实验结果。     

关于“引力波”问答

<正>科学家近日宣布,通过南极BICEP2望远镜探测到了物理学家曾预测的引力波在时空中产生的涟漪。BICEP2检测到的这种特别的引力波涟漪是宇宙大爆炸后的急速膨胀所产生的,引力波的发现让我们有幸一瞥宇宙远古历史上最遥远的那一瞬间。"引力波"涉及一些人们比较陌生的概念,以下是关于引力波的问答。BICEP2宣告的意义是什么?科学家需要多年时间来揭示这一发现的意义,以下是目前已经明确的重要意义:·早在100年前,爱因斯坦就已经预测到了"引力波"的存在。根据他的计算,这种引力波可能     

尤里·科瓦廖夫谈太空射电望远镜及相关发现

<正>数十年来,物理学家一直在寻找黑洞存在的直接证据。2011年,俄罗斯成功发射太空射电望远镜Spektr-R(或称为Radio Astron),用以收集验证数据。尤里·科瓦廖夫(Yuri Kovalev)是位于莫斯科的俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所的物理学家,同时也是Radio Astron太空干涉仪的项目科家。Radio Astron太空干涉仪利用两条光柱之间的干涉对遥远的星系进行精确测量。在莫斯科物理与技术学院     

科学的“大”与“小”

正《科学》杂志把"双中子星并合"评选为2017年度重大科学突破,是因为科学家对双中子星并合事件进行了多维度的详细观测,这一突破标志着天文学的发展进入了激动人心的新阶段,展现出潜力无限的未来,同时也是"大科学"研究的绝佳范例。美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的两个探测器和欧洲"处女座"(Virgo)引力波探测器     

英国投标探索引力波

英国物理学家一个小组已经宣布计划耗资12亿英磅建造一个观测站来研究宇宙空间遥远地方暴烈事件所产生的引力波.格拉斯哥大学吉姆·霍教授所领导的这个工程可能开辟过去宇宙学上未曾开发的一个窗口,并且在测量宇宙大小上给予一个空前精度的引人好奇的前景. 引力波烦扰物理学家几乎已经20年了.广义相对论预言,不管在哪里大的质量遭受到高的加速度就会产生引力波.实际上,这是指宇宙范围的暴烈事件,诸如星的合并和超新星的爆炸.探测它们的大多数尝试是依靠寻找重金属杆中细小的振动     

探测器发现更多引力波

<正>在利用3架探测器进行了仅一个月的新一轮观测活动后,物理学家于2019年5月2日发布新闻公报说,他们发现了更多的引力波。自2015年首次探测到引力波以来,这些探测器已探测到13次由双黑洞碰撞产生的引力波、两次由双中子星碰撞产生的引力波,此次又探测到可能由黑洞和中子星碰撞产生的引力波。与此同时,伴随着探测量的不断增加,一位理论学家取得的一项进展,有望改变研究小组分析信号的方式,从而使检验阿尔伯特·爱因斯坦     

百年引里波探索史

正激光干涉引力波天文台(LIGO)的科学家在2016年2月1 1日宣布,他们已经检测到引力波:也就是爱因斯坦在一百年前预测的时空涟漪。     

和LIGO一起倾听天籁之音

正100年前,爱因斯坦用广义相对论预言了引力波的存在,认为引力是弯曲时空的产物,引力波就是大质量物体相互影响时产生的时空涟漪。如今,科学家终于探测到了引力波存在的直接证据。2016年2月11日,激光干涉引力波天文台(LIGO)的科学家宣布发现了13亿光年之外的两个黑洞碰撞产生的引力波的信号,这个被称作GW150914的引力波是在去年9月14日被LIGO检测到的。理论上,宇宙中应该不乏引力波的痕迹。像超新星爆发、中子星超速运转、黑洞双星或双中子星旋近这些外力     

迎接天文新时代

100年前,爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实,唯有引力波一直徘徊在科学家的“视线”之外。美国科学家在2016年2月11日宣布,人类首次直接探测到了引力波。这是人类第一次能够“听”到宇宙的“声音”。它的发现是物理学界里程碑式的重大成果。过去,宇宙以光的形式向人类传递了太多信息,而如今,引力波在时空中向我们传递着类似声音般的新信息。引力波的发现,很有可能改写物理课本,它带给科学家和人类今后无穷的想象。正如著名理论物理学家斯蒂芬.霍金所说,“人类探测到引力波的这种能力,很有可能引发天文学革命。这提供了一种人们看待宇宙的全新方式！”     

透镜化引力波的散射问题及其应用

引力波的直接探测开启了引力波天文学时代.引力波传播路径中的大质量天体,例如黑洞、星系、星系团会散射引力波,发生引力透镜化引力波现象.这种现象包含动态引力场(引力波)、静态引力场(透镜体)以及宇宙学信息.透镜化引力波是引力波探测器重要科学目标之一.本文介绍了利用测地线方程、透镜方程和波动方程研究透镜化引力波的定态散射问题,回顾了利用透镜化引力波-电磁波系统研究引力波张量特性、干涉和衍射效应,以及其在引力波速度、哈勃常数、宇宙曲率、透镜体质量和子结构等方面的应用.     

引力波来袭

正谁都不会想到,2016年的第一次刷屏会来得这么迅速、这么突然。而且,刷屏的还是那么一个艰深晦涩的专业词汇——引力波。正月初五是中国传统迎财神的日子。但2016年的这一天,不仅中国,全世界的物理学界都沸腾了,仿佛迎来了它们的"财神"——被预言已经百年的引力波,终于被探测到了。一位物理学家甚至这样形容自己的心情:"在新闻发布会上,我的心中就暖流涌动,那是一种强烈的感动,感动到想哭的感觉。"相信大家都已经被各种社交媒体上的"引力波"洗脑了,可能你已经了解了什么是引力波,但为什么探测到它需要百年努力?它又能给世界带来什么?