引力波揭秘宇宙新图景

<正>2014年3月17日,哈佛大学史密森天体物理中心宣布,科学家通过南极宇宙河外偏振背景成像(BICEP2)望远镜探测到了原初引力波存在的证据。如果得到确认,其意义不仅在于揭示宇宙大爆炸最初时刻的物理过程、有助于建立一个精确的暴涨理论,还将带来量子力学和广义相对论的进一步融合。关心宇宙学的读者对此也许并不感到意外,《Nature》和     

宇宙常数■≠0的平面引力波

本文在弱场近似条件下研究宇宙常数(?)≠0的平面引力波,得到一些新的物理结果。弱引力场度规g_(μν)=G_(μν)+h_(μν)。G_(μν)为闵可夫斯基度规。在弱场近似下Ricci张量=     

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     

宇宙残余引力波和双星引力辐射

综述广义相对论中引力波的研究,主要报告有关残余引力波和引力辐射方面的系列研究结果.先简介引力波方程和基本物理概念,然后讨论含有扰动二阶项的非线性场方程,引力波的能动张量,短波平均,残余引力波的压强定义和高频发散扣除等问题.给出膨胀宇宙中残余引力波的解析解,覆盖了从极早期暴涨到现阶段加速膨胀的各阶段,给出任何时刻和波长都成立的功率谱、能量密度和压强谱,讨详细论了暴涨阶段原初谱的定义,简介现阶段谱的各频段可能探测,主要讨论目前运行的激光干涉探测器对谱的限制和信噪比,给出残余引力波所诱导的微波背景辐射的磁场型偏振的解析谱.最后基于后牛顿近似,计算OJ287双黑洞的轨道、引力辐射能流、波形等,讨论了双星的质心漂移问题.     

宇宙重加热产生的随机引力波背景

正2015年9月14日,人类首次直接探测到了致密双星并合产生的引力波,验证了广义相对论在100年前对引力波的预言,打开了人类认识宇宙的一扇崭新的窗口,也拉开了引力波天文学和引力波宇宙学的序幕~[1].除了致密双星并合系统外,宇宙早期发生的暴胀也能产生引力波,这类随机引力波称为原初引力波.暴胀理论预言的原初引力波在揭示宇宙的物理起源中扮演着重要的角色.无论在暴胀过程中还是在暴胀结束后的重加热阶段产生的原初引力     

借助引力波与射电天文学打造探索晚期宇宙的精确探针

解决宇宙学重大科学问题的前提和基础是对重要的宇宙学参数进行精确的测量.精确确定宇宙学参数通常需要联合不同的天文观测,这是因为观测宇宙学与通常的实验室桌面实验不一样,它不能通过人为设定和调节实验条件来单独测量某种效应,只能通过探测器(如各波段望远镜)被动接收宇宙中的信息.这样的观测通常只能测量多种效应的组合,因此...     

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。     

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?     

目标——直接检验出引力波

Weber检验,轰动一时1969年美国马里兰(Maryland)大学的J·Weber成功地检验出天体的引力波,消息一经传出,轰动了世界各国的科学工作者。如果这是事实的话,这个发现该算是二十世纪后半期物理学上最重要的事件之一。所谓Weber实验是把1.4吨的引力波天线设置在距马里兰大学1000公里的阿贡国立研究所,研究两个天线的振动关系。结果,果然在一天内可以几次观测到两个天线同时振动的现象。与此同时,还进一步报告了好象是引力波所致的证据,也就是说,利用引力波天线的方向性,研究发来信号的方向分布,研究结果指出,引力波好象是在我们银河系的中心部位、活动非常活跃的银河核范围里发出的。     

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     

引力波天文学的新浪潮

科学家认为,大约在大爆炸开始之后一百亿亿亿亿分之一秒时,宇宙经历了一段虽然短暂但非常剧烈的快速膨胀时期.这一现在被称为"暴胀"的事件,实在是太过猛烈,以致空间与时间的结构都产生了剧烈震动,同时释放出引力波.与之相比,6年前,人类探测到的引力波虽然引发了轰动,但其源头——黑洞碰撞事件只能算是小巫见大巫.不过,现在,欧洲空...     

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.     

引力波探测的未来

<正>●在经历了二十年的漫长岁月并耗资超过5亿多美元,世界上最大的引力波探测器——LIGO——或将成为对引力波探测最为敏感的仪器。然而近十年来,LIGO的首要任务是搜寻引力波,但却没有任何发现。随着设备的升级,该项目将面临不得不最终兑现其承诺的残酷现实。在路易斯安那州巴吞鲁日东面的湿地中,对引力波的搜索在中午后才算真正开始。这缘于附近公     

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.