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。     

人类首次探测到中子星-黑洞并合

<正>2020年1月5日,美国的地基激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, LIGO)探测到首例中子星-黑洞并合事件GW200105.这是继2015年9月14日探测到双黑洞并合引力波事件GW150914、2017年8月17日探测到双中子星并合事件GW170817之后,人类首次探测到中子星-黑洞并合事件(图1和2).     

激光干涉引力波空间阵列核心问题的综合讨论

<正>空间激光干涉引力波探测计划,例如欧洲航天局主导和美国参加的LISA(Laser Interferometer Space Antenna)计划~([1])、中国的"太极"计划~([2])和"天琴"计划~([3])等,瞄准中低频段(0.1mHz～1Hz)的引力波波源.这个频段的引力波事件     

科学和体育一样,场外工作同样重要

正2019年2月14日,美国国家科学基金会以及英国研究和创新中心高调公布了一项总金额为3 000万美元的项目,旨在将激光干涉引力波天文台(LIGO)探测天线的灵敏度提高1倍。2016年,LIGO因探测到黑洞相撞发出的时空涟漪(引力波)而震惊世界。就在前一天,美国宇航局(NASA)     

2002年度诺贝尔奖获得者简介

诺贝尔物理学奖 美国科学家戴维斯(R.Davis Jr)和日本科学家小柴昌俊,因在天体物理学领域尤其是对宇宙中微子探测的开创性贡献而共享2002年度诺贝尔物理学奖的一半;此项奖的另一半奖给了意大利科学家贾科尼(R.Giacconi),表彰他在天体物理学领域中因发现宇宙X射线源所做出的卓越贡献.他们的工作为科学家观测宇宙打开了两扇新的"窗口".     

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。     

本期专题简介

正2017年诺贝尔奖于10月2日开始陆续揭晓。诺贝尔生理学或医学奖授予三位美国科学家Jeffrey C.Hall、Michael Rosbash和Michael W.Young,奖励他们发现了控制昼夜节律的分子机制。诺贝尔物理学奖授予美国的麻省理工学院教授Rainer Weiss、加州理工学院教授Kip Stephen Thorne和Barry Clark Barish,以表彰他们在LIGO探测器和引力波观测方面作出的决定性贡献。化学奖授予瑞士洛桑大学科学家Jacques Dubochet、美国哥伦比亚     

引力波:探索宇宙奥秘的新窗口

<正>2017年10月3日,瑞典皇家科学院宣布授予Rainer Weiss,Barry C.Barish和Kip S.Thorne 2017年度诺贝尔物理学奖,以表彰他们在"LIGO探测器和引力波观测中的决定性贡献".Rainer Weiss出生在德国,现为美国麻省理工学院(MIT)物理学教授.Barry C.Barish和Kip S.Thorne现为美国加州理工学院物理学教授.1时空自身的"地震"100多年前,爱因斯坦创立的狭义和广义相对论,彻底地改变了人类对时空的认识:时间和空间不再是过去认     

从旁观者到生力军

正在1.3亿光年外的长蛇座NGC4993星系,一例双中子星并合事件,为整个天文学界送上集体盛宴。2017年11月16日多国科学家同时宣布,人类第一次直接探测到来自双中子星并合产生的引力波以及伴随的电磁信号,"多信使天文学"从此迎来全新时代。在这一国际合作探索过程中,中国不再是旁观者。从最早参与提出理论模型到南极天文观测,中国科学家正在成为前沿科学探索的生力军。美国"激光干涉引力波天文台"(LIGO)于8月17日捕捉到编号     

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。     

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     

科学助力 神器也神奇

正在过去近10年的时间里,尽管圈子非常小,但一个全新的天文学领域正逐渐出现,那就是引力波天文学。和传统天文学使用天文望远镜对宇宙进行观测不同,引力波探测器使用的是激光和反射器,研究人员会让激光在两块呈直角方位的反射镜之间反射,并观察两束光波叠加时所呈现的干涉条纹特征。这正是位于美国的"激光干涉引力波天文台"(LIGO)所采用的做法。在2002—2010年运行时期,LIGO设施验证了其设计概念的可行性,随后     

从设想到成功:LIGO的漫漫长路

正建立激光干涉引力波天文台(LIGO)经历了一个漫长的故事。1972年,麻省理工学院的物理学家雷纳·韦斯(Rainer Weiss)提出:可用他称为干涉仪的设备来探测时空中的涟漪。但是,直到2002年,位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的巨大干涉仪才检测和获取数据。在经过了一项2.05亿美元的五年升级计划之后,2015年9月14日检测到了引力波信号。韦斯说,在加州理工学院理论物理学家基普·索     

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     

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。     

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     

《现代广义相对论——黑洞、引力波和宇宙学》带你窥探“时空涟漪”

<正>如果问进入21世纪以来科学界最重要的发现是什么,答案无疑是引力波的成功探测~([1]).这项荣获2017年度诺贝尔物理学奖的工作,让人们首次"看到"黑洞或中子星相撞这类极端天体事件发生时由于引力场变化所导致的"时空涟漪"~([2]).地球上的人要想观察那些遥远天体靠什么?传统天文学主要是靠电磁波观测来分析研究各种天体的运动.     

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.     

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     

参观最强激光器

正2018年诺贝尔物理学奖的获得者不仅做出了某些发现,他们的变革性研究使强大的激光成为无处不在的实验室工具。2018年10月宣布诺贝尔物理学奖的那一天,我已经计划要参观一下网球场大小的伯克利实验室激光加速器(BELLA),该加速器利用了获得诺贝尔奖的方法创建了地球上最为强大的激光脉冲之一。唐娜·斯特里克兰(Donna Strickland)、杰拉德·穆鲁(Gérard Mourou)和阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)分享了2018年的诺贝尔物理学奖,以表彰他们为激光技术的