太空中的引力波探测器

欧洲和美国的科学家正致力于建造LISA——空间三角形探测器,用它来倾听黑洞相遇时的喃喃低语。 发射三个绕太阳公转的探测器,并且将它们置于     

引力波和静磁场相互作用以及电磁引力波探测器

关于引力波和电磁场的相互作用,不少作者已经进行了详细的研究。他们在弱场近似下将Maxwell方程线性化,然而讨论引力与电磁场之间的相互作用问题。可是他们还存在某些不足和矛盾,如对有电荷、电流时的Maxwell方程线性化问题未加以讨论。我们直接从弯曲空间的Maxwell方程出发,进行线性化。将电磁场张量及电流密度矢量按h_uv展成级数,在一级近似下有     

引力波的发现

<正>100年前,爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。但爱因斯坦也曾认为,由于引力波太过微弱,它无法被探测到。如今我们终于探测到了引力波,在证明了爱因斯坦的预言正确的同时,也证明了他的认识的局限性。13亿年前,在距离地球非常非常遥远的地方发生了一件大事,也可以算是宇宙中的一个大灾难。不过,它与地球上发生的任何灾难都不同:它静悄悄地发生,也不发出耀眼光芒,即使你就在它附近,也不会看见光亮。     

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。     

LIGO发现引力波:一个新时代的起点

2015年9月14日,激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到来自两个恒星质量黑洞并合所产生的引力波信号GW150914。这是一个划时代的发现,正式标志着人类探索宇宙的脚步步入了一个新的纪元。本文就什么是引力波、如何探测引力波,即这次探测相关的种种细节进行了分析与讨论。     

引力波发现或重新“洗牌”物理学

<正>3月17日,哈佛大学史密森天体物理中心的天文学家约翰·科瓦奇(John Kovac)宣布了关于引力波的期待已久的证据——时空结构中的涟漪起源于宇宙大爆炸并经历了急剧膨胀的暴涨阶段——当晚,详解这一发现结果的首篇论文被放到了网上,作者是加拿大圆周理论物理研究所的大卫·马什(David Marsh)及其同事。他们写道,科瓦奇小组使用的南极BICEP2望远镜的测量结果几乎排除掉了一类模型,该模型基于一个被假设存在的基本粒子——轴子——来试图解释宇宙早期的暴涨以及宇宙中神秘暗物质的     

发现引力波后,暗物质等着我们

正引力波成了现在的热词,其实宇宙中同样神秘的还有暗物质,世界多位顶尖宇宙学家和物理学家正将目光瞄准了这个待解谜团。暗物质是一种在宇宙中广泛存在的不可见物质,科学家估计宇宙的27%由暗物质组成,是所有可见星球、星     

红外探测器发现宇宙奥秘

红外线天文卫星(IRAS),实际是一架重一吨的、利用太阳能“热辐射”作动力的天文望远镜,在离地球560英里远的轨道上绕地球运行.安装在这架望远镜里的电子仪器十分敏感:假定在离地球40亿英里的冥王星上有一只25瓦的电灯,这些电子仪器就会发现它! 自从红外线天文卫星于1983年1月25日发射以来,它已为人们开拓了前所未见的宇宙视野.专题研究科学家们利用这一工具,已观察到处于极早期的恒星生成状态;并能透过那些阻挡普通望远镜     

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     

脉冲星发现40年——爱因斯坦预言引力波的验证

2007年是脉冲星发现40周年,其间,诺贝尔物理学奖曾两次光顾脉冲星的发现,其原因何在？爱因斯坦关于引力波的预言是如何被验证的？脉冲星发现者的举世成就和诺贝尔奖的是非恩怨再次成为关注话题.     

捕捉引力波

<正>一片森林覆盖了位于利文斯顿LIGO的两条4公里的"长臂"经过几十年的努力,物理学家们称在未来的一至两年时间里,他们或将能够探测到天体运动产生的时空涟漪。位于路易斯安那州利文斯顿北部的一片林地,意料之外地成为了一个重要物理学问题的突破之地。站在拱形隧道的立交桥上,路易斯安那州立大学的物理学家约瑟夫·贾埃姆(Joseph Giaime)凝望着眼前这片狭长的火炬松林带,其中一部分是砍伐后留下的树桩,"这里是一片伐木林,"他说,"每天都会有人来这里砍伐原木。"     

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?     

原初引力波

在一只苹果从树上落下来的时候,牛顿看到了万有引力,而爱因斯坦看到了引力波。美国哈佛一史密森天体物理中心的科学家宣布,他们发现了原初引力波的印记,这是迄今证明宇宙暴胀理论最有力的证据。这一重大发现一旦证实,将有望帮助弄清宇宙原初时刻之谜。     

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。     

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?     

首例引力波探测事件GW150914与引力波天文学

100年前,爱因斯坦从广义相对论出发,在理论上预言了引力波的存在.自20世纪60年代开始,科学家开始试图在实验上检测来自不同天体物理过程和宇宙学演化过程的引力波信号.经过了50多年的努力,位于美国的LIGO引力波探测器在2015年9月14日终于首次直接探测到了双黑洞合并的引力波信号,为人类的天文学研究打开了一扇全新的"引力波窗口".可以预见到在不久的将来引力波研究会从各个不同的引力波频段上探索宇宙的未知信息.本文从引力波的物理内容、空间和地面的探测手段及噪声限制、引力波在天体物理学等方面的可预见的科学产出、国内和国际上在这个研究领域的最新发展动态等方面,对引力波天文学做了简单的综述和讨论.另外,本文还就LIGO的首例引力波直接探测事件GW150914及其背后的双黑洞合并的物理过程做了一定的介绍.     

引引力波偏振

引力波的直接观测不但开启了一扇探测引力本质的全新窗口,而且使我们进入了多信使引力波天文学时代.引力波不影响单个检验粒子的测地线运动,其偏振态由两个相邻检验粒子的相对运动,即测地线偏离运动所决定.测地线偏离方程中只出现黎曼张量的电分量,它有6个独立分量,所以在最一般的度规引力理论中,引力波最多可以有6种偏振模式.这6种偏振模式分别为:"+"偏振态、"×"偏振态、呼吸偏振态、矢量-x偏振态、矢量-y偏振态及纵振态.爱因斯坦广义相对论中的引力波只有"+"与"×"两个张量偏振态,Brans-Dicke理论中的引力波除了"+"与"×"偏振态外,还有一个呼吸偏振态.在Horndeski及f(R)理论中,引力波除了"+"与"×"两个张量偏振态外,还有一个由呼吸模与纵振模混合而成的标量偏振态.在爱因斯坦-以太理论中,非零矢量场的出现破坏了局域洛伦兹对称性,该理论中的引力波以非光速传播,且具有5个独立偏振态.张量-矢量-标量理论中的引力波传播速度与光速不同,且该理论中的引力波具有6个独立偏振态.因为不同引力理论中的引力波偏振态不同,所以引力波偏振态的测量可用于探究引力本质.     

引力波与黑洞

2015年9月14日,LOGO探测到来自两个质量分别为29个太阳质量和36个太阳质量的黑洞并合产生的引力波。这是人类第一次探测到黑洞并合事件,也是第一次探测到来自宇宙的引力波信号。那么,什么是引力波？什么是黑洞？它们是怎么发生碰撞的？碰撞后又发生了什么？本文将做出解释。