空间太极计划:到太空探测引力波

正2016年2月11日,高新激光干涉仪引力波天文台(aLIGO)宣布探测到引力波,开启了引力波天文学和引力波物理学时代,吸引了全世界的天文学家和物理学家聚焦于这一全新的领域。与光学望远镜可分为地基望远镜和太空望远镜一样,对引力波的观测也可分别在地球和宇宙空间进行。我国已计划开展多波段的引力波观测,其中最激动人心的当属在太空观测引力波的"空间太极计划"。为了一窥这一宏伟计划的究竟,本刊专访了空间太极计划的首席科学家胡文瑞院士和吴岳良院士。     

引力波之谜(下)

正探测意义为什么我们要花费这么多人力、物力、财力去探测引力波?探测引力波的意义非常重大。英国著名理论物理学家霍金曾说":引力波为人们提供了一种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。"资助引力波探测的美国国家科学基金会的负责人柯多瓦也说过这样一段话:"如同伽     

引力波标准汽笛与宇宙学

双中子星并合的引力波暴GW170817及其多波段电磁对应的发现标志着多信使引力波天文学时代的来临.通过引力波探测器对致密双星并合产生的引力波波型的观测可以独立测量波源的光度距离,这预示着引力波源可以作为"标准汽笛"来研究宇宙的膨胀历史,从而提供了一种研究宇宙学的新途径.本文介绍利用引力波"标准汽笛"来限制宇宙学参数的基本原理,着重讨论各种确定波源距离和红移的方法.同时讨论地基第二代和第三代引力波探测器,以及空间引力波探测器对宇宙学参数,特别是哈勃常数和暗能量参数的限制能力.     

新闻时段2016-02-01至2016-02-15

正(新闻时段2016016-02-01至20162016-02-15;排行依据排行依据:遴选出的30家核心媒体报道频次核心媒体报道频次)1美科学家宣布发现引力波2中国引力波探测工程"天琴计划"正在立项[核心媒体报道频次:29/30]2月12日消息称,中国本土重大引力波探测工程"天琴计划"已于2015年7月正式启动,部分关键技术研究已有具体进展,目前正在立项中。中山大学"天琴计划"是以引力波研究为中心,开展空间引力波探测计划任务的预先研究,制定中国空间引力波探测计划的实施方案和路线图,并开展关键技术研究。根据此前设想,"天琴计划"主要分4阶段实施:第1阶段完     

引力波之谜(上)

正时空"涟漪"华盛顿时间2016年2月11日,美国引力波观测台的科学家向全世界宣布:引力波终于被探测到了!这在世界科学史上具有划时代的意义。尽管各种报道铺天盖地,但朋友们可能对引力波还比较陌生。今天,我先给大家介绍一下什么是引力波。在讲引力波之前,我来说说什么是引力。引力又称万有引力,是牛顿发现的。关于牛顿     

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正2016年2月11日,美国国家科学基金会宣布:人类首次直接探测到了引力波。这次探测到的引力波是由13亿光年之外的2颗黑洞在合并的最后阶段产生的。2颗黑洞的初始质量分别为29颗太阳和36颗太阳,合并成了1颗62倍太阳质量高速旋转的黑洞,亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间,经过13亿年的漫长旅行,终于抵达地球,被美国"激光干涉引力波天文台"(LIGO)的2台孪生引力波探测器探测到。     

引力波探测检验广义相对论

自2015年9月14日人类第一次探测到引力波以来,引力波探测的进展非常迅速.到目前为止LIGO已确认双黑洞并合引力波探测结果5例,分别为GW150914,GW151226,GW170608,GW170104和GW170814.以及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自2016年以来的发展也异常迅速.引力波的成功探测定性地支持了广义相对论.但引力波探测作为涉及强引力场、强动态时空区域的实验,它还可以定量地检验广义相对论,甚至有可能发现广义相对论的适用范围,指引超越广义相对论引力理论的发展.本文将针对如何利用引力波探测检验广义相对论的问题,从引力波定性性质、引力波极化自由度、引力波传播速度以及引力波波形特征几个方面作一个较为全面的介绍.     

对引力波概念的理论质疑

2016年2月11日美国激光干涉引力波天文台(LIGO)宣布,它于2015年9月14日探测到引力波,说这是两个黑洞合并造成的,收到的波形与广义相对论(GR)的预测一致。以后又有几次宣布,例如2017年10月16日说已第5次探测到引力波,而这是由于两个中子星的合并。2017年10月3日Nobel奖委员会宣布,LIGO的3位美国科学家获得当年的Nobel物理奖。然而一直有不同国家(德国、巴西、英国、丹麦、中国)的科学家提出质疑,认为LIGO不可能探测到引力波,甚至向Nobel奖委员会发电子邮件,详述他们的反对理由。本文认为是基本的物理原理决定了引力波不能存在,从理论层面详述了该课题不可信的原因。Einstein的引力场、引力波理论的公式推导,明显地有借鉴和模仿电磁场、电磁波理论的痕迹,因此我们可以遵循电磁理论的逻辑对前者提出批评。任何人如认定引力波存在,那么他要先证明引力场是旋量场。我认为Newton万有引力定律与Coulomb静电力定律的相似已证明引力场是静态场,而引力和静电力都以超光速传播的事实进一步证明了这点。引力场既然是静态的无旋场,是不会有引力波的。我认为"引力传播速度和引力波速度都是光速"的观点是完全错误的,不仅不符合事实,而且把引力相互作用和电磁相互作用混为一谈。"引力速度"与"引力波速度"是不同的概念。很久以前许多著名科学家就知道引力传播速度比光速大很多(v_G≥c),他们普遍认为引力如以有限速度(光速c)传播,绕日运动的行星由于扭矩作用将不稳定。相对论者坚持说"引力以光速传播"是为了替SR辩护,因为该理论认为超光速没有存在的可能,然而这已被事实所否定。Einstein引力场方程是GR理论的基本方程,但它的推导有假设和拼凑的作法。引力场的物理效果被认定由Riemann空间的度规张量体现,需要知道度规场分布的规律。但由于没有可作依据的实际观测知识,推导引力场方程就用猜测性的推理。尽管引力场方程被导出,但它非常复杂且有高度非线性,实际上不可解。然而,一个无法求解的方程是对人类无用的东西,因此Einstein通过弱场近似导出引力波。这是尽力模仿电磁理论的作法。但这并不合理,连LIGO也说在有剧烈天文现象发生时才迅速地有引力波产生,这可不是弱场,与理论前提相矛盾。总之,Einstein引力场方程的非线性造成无波动解。当前西方理论物理界乱象频生,黑洞的有无、暗能量和暗物质是否存在,都在无休止地争论。在本文中我们呼吁重建经典力学的时空观,提出"牛顿仍称百世师"。Newton引力理论经过了漫长时间的考验,它对人类极为有用。因此,本文批评了Minkowski的时空一体化。此外,还批评了LIGO所采用的数值相对论方法。最终的结论是:引力波是一个无意义的概念,缺乏物理实在性且造成误导。     

引力波探测:引力波天文学的新时代

 美国LIGO 于2016 年2 月11 日宣布首次探测到了引力波,引起全世界范围的广大反响。本文解答从什么是引力波、引力波是如何产生的、人类为什么坚持不懈地探测引力波、如何探测引力波,介绍国内外引力波探测的现状,并对引力波探测的未来进行展望。     

引力波会告诉我们什么——从LIGO首次直接观测到黑洞引力波说起

 LIGO 宣布首次直接探测到引力波,是一项震动世界的里程碑式科学发现,它将开启引力波实验的新纪元。本文介绍直接探测引力波的意义、致密天体引力波的直接探测手段,指出原初引力波的探测将是下一个值得期待的重大科学突破。介绍了探测原初引力波的意义以及即将在中国西藏阿里地区展开的阿里原初引力波探测实验,并对引力波开启的天文物理的新时代做了展望。     

引力波探测器联网的定位能力

引力波是爱因斯坦最重要的预言之一,是检验广义相对论正确性的重要工具.引力波理论及其探测一直以来都是理论物理学家和实验物理学家感兴趣的研究领域.事实上,随着科学技术的发展,人类已经具备了建造极度灵敏的地面探测器以及空间探测器的能力,直接探测引力波已经成为现实.2015年9月14日,LIGO首次直接探测到引力波,该信号源自一次双黑洞并合事件,自此人类进入引力波常规化探测阶段,终于拉开了引力波天文学时代的序幕.地面引力波探测器最主要的波源是处于旋近和并合阶段的致密双星.如果在探测到这些波源所辐射出的引力波信号的同时,又能观测到波源对应的电磁波信号,那么引力波信号和电磁波信号可以相互补充,形成新的观测模式.然而单个地面引力波探测器很难准确地探测引力波信号,也不能进行波源精确定位,将多个探测器联网组合,这样既能准确探测引力波信号,又能大幅提高引力波波源的定位精度.本文中,首先介绍探测器联网对引力波信号GW150914源的定位情况,然后介绍了两种最常用的估计定位精度的方法,即马尔科夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)的方法和解析的方法.最后,选用一种解析的方法讨论未来中国引力波探测器与日本及澳大利亚所组成的探测器网络的定位精度,并给出了中国的较优台址.最后,还讨论了中国加入世界引力波探测器网络行列对引力波波源定位的贡献.     

空间引力波探测方案的探讨

 2016年2月12日，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）和美国国家科学基金会联合宣布，2015年9月14日在美国的两个地面站同时观测到引力波，即GW150914事件。至今已观测到6次引力波事件，其中欧洲引力波天文台（VIR-GO）参加了第4次事件（GW170814），使分辨率提高了10倍。地面引力波探测的成果不仅验证了百年前广义相对论所预言的引力波，发展了理论物理的引力理论，而且开辟了引力波天文学的新领域。     

科学家宣布探测到引力波 广义相对论最后预言获证

正美国东部时间2016年2月11日上午,美国国家科学基金会与来自加州理工学院、麻省理工学院以及科学合作组织"激光干涉引力波天文台"(LIGO)的科学家在华盛顿全国新闻中心共同宣布,LIGO于去年9月14日首次探测到引力波,证实了爱因斯坦100年前所做的预测,弥补了广义相对论实验验证中最后一块缺失的"拼图"。     

大科学时代的大发现需要大资金、大投入、大协作——以引力波探测为例

 简述了引力波探测的起源,按共振棒引力波探测器时代、激光干涉引力波探测器时代、科学研究的全球化时代3 个阶段,论述了引力波探测的进程及其特点。介绍了中国开展引力波研究的历史,分析了中国开展大科学研究的机遇及挑战。     

引力波及探测雏议

本文扼要论述引力波及其产生的机理，对当代引力波的探测进行简要评述，指出引力波探测的前景和引力波研究的重要意义。     

引力波爆发事件的电磁对应体的探测

双黑洞并合产生的引力波信号由第二代地面激光干涉仪引力波探测器Advanced LIGO第一次直接探测到,开启了探索宇宙的一个崭新的窗口.伴随着Advanced LIGO科学运行期的继续运行,以及未来几年其他第二代探测器,例如Advanced Virgo,LIGO-India的陆续建设和投入使用,将有越来越多的引力波信号被探测到.最新的双中子星并合引力波事件的电磁对应体被探测到,极大地丰富了引力波天文学的科学内容,人类进入全新的多信使天文时代,例如:提高引力波源及其宿主星系空间位置精度估计,确定引力波源的红移、破除引力波模型中的简并参数,确定引力波事件前身天体的物理环境以及其产生的物理机制、测量宇宙学参数等等.由于引力波探测器的定位能力较差(Advanced LIGO~十至几百平方度),探测引力波事件电磁对应体对大视场高能观测设备提出了迫切需求.爱因斯坦探针具有大视场、高灵敏度、全天观测、快速指向能力和数据下传等方面的优势,特别是其大视场和高灵敏度,为引力波事件电磁对应体的探测提供了一个理想的观测平台.爱因斯坦探针的成功运行,将促进引力波天文学和引力波宇宙学的发展,并且使我国在引力波源的电磁波对应体研究方面处于国际领先的地位.     

基于文献计量学方法的引力波研究国际发展态势分析

自2016年2月美国LIGO探测到了双黑洞并合所产生的GW150914引力波信号以来,国际上引力波科学研究和观测工作开展得如火如荼。该文对引力波领域SCI论文进行文献计量分析,从整体态势、高频关键词、高被引论文等维度展开,旨在了解引力波领域国际发展态势。     

引力波特性新探讨

以Ｅｉｎｓｔｅｉｎ场方程Ｌｏｒｅｎｔｚ－Ｌｅｖｉ Ｃｉｖｉｔａ守恒律为基础,对引力波是否传播能量,动量问题进行了新的探讨,对物体系在发射和接收引力波时的能量转换作了解释,提出了和论述了可藉背景引力波的谱型来检验引力波是否携带能量。     

热点排行

<正>(新闻时段:2017-10-16至2017-10-31;排行依据:遴选出的30家核心媒体报道频次)1发现首个双中子星并合引力波事件[核心媒体报道频次:.30/30]10月16日,美国国家科学基金会召开新闻发布会,宣布激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件,国际引力波电磁对应体观测联盟发现该引力波事件的电磁对应体。     

科学家首次直接探测到宇宙大爆炸第一波震荡

<正>美国科学家3月17日首次直接探测到宇宙大爆炸第一波震荡,即原始引力波。这是物理学的一个重大突破。负责这项研究的是哈佛大学史密森天体物理中心的负责人、哈佛大学天文学和物理学教授约翰·科瓦克表示:"这是当今宇宙学研究的最重要目标之一,是许多研究人员共同努力进行了大量工作的结果。"参与研究的明尼苏达大学物理学家克莱姆形象地说:"这就像是在大海捞针!而我们找到了撬杠。"引力波的发现可以让科学家第一次"看