科学是永无止境的前沿

<正>北京时间3月18日凌晨,来自美国哈佛大学史密森天体物理中心的科学家宣布,架设在南极的宇宙微波背景辐射探测器BICEP2捕捉到了宇宙暴涨时期遗留下来的宇宙原初引力波。这是爱因斯坦提出了相对论以来,人类首次直接探测到的引力波信号。这一发现无疑进一步夯实了爱因斯坦的广义相对论和量子理论这两大现代物理学理论的基础。多年以来,包括欧空局的普朗克卫星在内的全球多个天文台都在寻找原初引力波,然而这一次还是     

宇宙“暴涨”重大发现不排除出错

3个月前公布的一项＂诺贝尔奖级＂重大发现——宇宙＂暴涨＂证据也许存在问题。同一科研团队在20日发表的最新论文中承认,不能排除他们有关宇宙原初引力波的发现错了。美国哈佛-史密森天体物理学中心等机构的科学家在新一期《物理学评论通讯》上报告说,他们依然坚持最初的结论,即他们利用架设在南极的BICEP2望远镜,在宇宙大爆炸的＂余烬＂——微波背景辐射中,观测到一种叫做B模式的特殊偏振模式,这种偏振模式是长期寻找的原初引力波的“独特印记＂。     

原初引力波发现尚待验证

 2014年3月17日,美国哈佛大学史密森天体物理中心John Kovac 等人（BI-CEP2团队）召开发布会,宣布首次在宇宙微波背景辐射中找到由引力波留下的B模式极化信号。被誉为“时空涟漪,大爆炸回响”的原初引力波被认为是人类迄今为止可以捕捉到的来自最早宇宙--约138亿年前的信号。     

激光干涉引力波探测专题·编者按

<正>引力波是广义相对论最重要的预言.引力波不被屏蔽,具有极强的穿透性,它可带来借助其他方法无法得到的,关于黑洞、致密星、星系核等的大量信息;它把对宇宙的观测推向暴涨阶段;它是在极高精度范围内检验广义相对论的探针.它还将在揭示引力场量子行为中起到不可或缺的重要作用.爱因斯坦在建立广义相对论后,很快就于1 9 1 6年提出了引力波的概念.然而,就连爱因斯坦本人也曾怀疑引力波能否被人类探测到.在经历了4 0多年的争论后才确认,引力波能够脱离源、携带能量在真空中传播,从而开启了引力波探测的大幕.     

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。     

热点排行

正(新闻时段2014-03-11至2014-03-20;为热度指数)1首次发现宇宙诞生时急剧膨胀直接证据2首台商用量子计算机问世速度不及传统计算机[热度指数:][热度指数:]17日,美国天文学家发现原初引力波穿越婴儿宇宙留下的印20日,美国南加州大学洛杉矶分记,这是宇宙刚刚诞生时急剧膨胀的首个直接证据,这一具有里校和苏黎世联邦理工大学研究人员对程碑意义的重大发现,有望弄清宇宙诞生之谜。美国哈佛-史密一台108量子比特的计算机(即"D-森天体物理学中心等机构研究人员,利用位于南极的BICEP2望波")进行检验,发现其速度并不比传统远镜,对宇宙大爆炸的"余烬"——微波背景辐射进行观测,发现计算机快"。D-波"确实利用量子效应运图片来源:中国科技网了B模式偏振信号,经过3年多的分析,确认它就是暴涨期间原初行。然而",D-波"只是一个模拟设备,一台用于解决最优化问题的引力波穿越宇宙导致的。样机。对它更准确的描述是,一台可编程的量子模拟实验机。3科学家合成最清晰月球北极照片[     

捕获宇宙暴胀余波

今年3月1 7日,美国哈佛大学天体物理研究中心的天文学家们宣布探测到与原初引力波相关的宇宙微波背景辐射B一模偏振信号。如果得到证实,这将是人类宇宙认识历史上的一个重要里程碑。     

受约于天文观测的粒子物理暴涨模型

合理解释宇宙大尺度结构的早期宇宙暴涨理论,成功地阐明所观测到的甚早期宇宙物质密度不均匀性和宇宙微波背景的涨落,是一个能解决标准热－大－爆炸理论中紧迫难题及原初物质密度涨落起源的优选理论［１］ ．对一个合理的暴涨模型,在暴涨阶段,其势至少必须在暴涨子演化方向非常平坦．构建一个合理暴涨模型或暴涨势,必须考虑所有已知的天文观测结果．对目前一个仍未充分研究的含４ 次方自相互作用项的一般树图杂化暴涨模型势,我们做了如何通过已观测到的天文物理数据和即将由ＭＡＰ和ＰＬＡＮＣＫ 卫星实验提供的更高精度的数据［１４］,以及宇宙自洽性要求,约束模型中的待定参数．发现一般树图的Ｈｙｂｒｉｄ 暴涨模型的４ 次方自相互作用项耦合常数需要精细微调．     

再论暗物质、暗能量、引力波-中微子及力的统一问题——从宇宙微波背景辐射B模偏振之发现的物理学意义谈起

进一步探讨暗物质、暗能量、引力波-中微子及力的统一问题,结果认为:(1)以宇宙大部分星系合并成的重力真空星的类似局部暴涨解释了宇宙加速膨胀的可能是暗能量的高比例之源;证明哈佛—史密森天体物理学中心等BICEP2望远镜发现的宇宙微波背景辐射的B模式偏振信号,可能是宇宙暴涨与上述的类似局部暴涨的引力波叠加作用的结果。(2)英国《自然》杂志发表的76个"黑洞"探测所发现的强大的磁场,客观上较强有力地支持作者提出的"黑洞"(暗星)的夸克星模型:由1/3基本电荷的正负夸克以类似于金刚石的正四面体"空间点阵"组成。质能守恒定律提示1/3基本电荷的夸克可能是空心结构。(3)进一步支持"黑洞"(暗星-夸克星)作为暗物质的候选者的可行性。     

“大爆炸宇宙学”批评

大爆炸宇宙创生理论是以天文学家Hubble的观测为基础的,他声称已发现那些遥远的天体正远离我们而去。此即Hubble氏的宇宙扩张理论。但该理论的证据并不充分,是主观想像。宇宙爆炸理论的另一重要证据是微波背景辐射的测量数据,但它并不表示微波背景辐射温度数据一定是一次爆炸后的结果。把它看成一次原初大爆炸的余烬是勉强的。按照宇宙的定义,人们无法谈论“宇宙寿命”,只可能谈论诸如“地球的寿命”、“太阳系的寿命”和“星系的寿命”。因此我们反对不靠谱的大爆炸宇宙学,因该理论体系漏洞百出,在科学上和在哲学上均不能成立。
　　虽然宇宙中看来充满难于解释的力,暗物质和暗能量仍然只是两个假设。另一个假说是存在引力波,但也只是估计,实际情况可能不同。在Newton理论中引力速度是无限大,但在Einstein理论中引力传播速度和引力波波速都是光速c。广义相对论( GR)认为引力与电磁力不同,是弯曲时空的纯几何效应。但现在应思索某些不同的引力模型,例如把引力重新当作平直时空中的自然界的力的传播,从而又研究得出引力速度大于2×1010 c( c是真空中光速)。虽然超光速的引力传播违反Einstein的狭义相对论( SR),却符合Lorentz的相对性理论( LR)。
　　在美国,一个宇宙学家团队在2014年3月的一次新闻发布会上宣布,他们探测到了宇宙大爆炸之后最初瞬间所产生的引力波,从而导致宇宙的起源再次成为重大新闻。根据BICEP2南极望远镜团队的信息,其结果被誉为大爆炸暴涨理论及其后续理论(多元宇宙)的证明。该成果问鼎Nobel奖也在预测之中。 BICEP2团队在其宇宙微波背景辐射极化图像中,确定了一个扭曲( B模式)图案,绪论是检测到原始的引力波。但在后来数月中,由来自Prin-ceton大学和也在Princeton高等研究所的科学家们进行了认真的重新分析,其结论是BICEP2的B模式模型给出的大部分或全部最显著效应没有来自引力波的任何贡献。这种突然逆转应该让科学界认真考虑未来的宇宙学实验和理论。 BICEP2事件也揭示了一个关于暴涨理论的真相;很清楚,暴涨范式是根本无法检验的,并因此在科学上是毫无意义的。     

引力波应该是非线性波

基于非线性引力场方程的引力波一般应该是非线性波,具有某些不同于电磁波的特性,笔者对此定量讨论了方程的一些解,指出了引力波的非线性特性来源于引力场的非线性本质.     

运动物体的场及其场的波动方程

为了明确地研究引力场和引力波的性质,提出了一种假设：电中性运动质量流、运动物体或变化的引力场可以激发一种场,这种场可以对在其中运动的物体施加力,这种场的变化可以激发引力场.之后提出了这种场与引力场的关系方程组,并且从这个方程组出发推导出波动方程,波中的三个矢量：引力场、这个新场和波传播方向矢量满足左手定则.此与电磁波中的电场矢量、磁场矢量和电磁波的传播方向满足右手定则形成明显的对照.     

深度学习在引力波数据处理中的应用初探

截至2018-01-16,LIGO已成功探测引力波事件6次.可以预期,引力波探测事件会越来越多,引力波天文学会很快进入到大数据阶段.深度学习在大数据处理方面近年来得到迅速发展.它在数据处理速度,准确度等方面都表现出极大的优势.深度学习在引力波数据处理中的应用讨论还不多.本文引入此问题,并对其进行初步研究.引力波数据最大的特点是强噪声、弱信号.现行的数据处理方法是利用匹配滤波的方式把引力波信号从强噪声中挖掘出来.同时,匹配滤波方法还可以确定引力波源的性质,定量确定其参数.匹配滤波方法的弱点是计算量巨大.这导致数据处理速度很慢.对于将来的大数据引力波天文学,这更将是一个巨大的隐患.匹配滤波方法的另一个潜在问题是,完备准确的理论波形模板是其工作的前提条件.这个潜在问题的后果是很难找到理论预期之外的引力波信号.深度学习的数据处理方法有可能在这些问题上提供出路.同时,深度学习也会遇到其自身的若干困难和问题.本文将从网络结构、训练数据制备、训练优化、对信号识别的泛化能力、对数据的特征图表示以及对特征数据遮挡的响应等方面来展开讨论.     

关于地球引力波物理机制的理论概述与验证方法

本文依据德布罗意物质波动理论,并以地球的实际运动状态选择相关的参数计算地球引力波的波频数值,从地球引力波波频数值的计算过程中推得地球引力波形成的物理机制,依据地球引力波形成的物理机制设计制造了地球引力波探测器,最后根据探测实验结果概括得到：地球自身的相对三维运动是形成地球引力波的物理机制。     

五维时空中的引力波

将四维的引力波推广到五维，构造出五维时空中的引力波，并将它约化到四维，得到了四维时空中的引力波和电磁波．若第五维是紧致的，可以得到五维波矢和四维波矢为量子化的结论．     

一类引力波的能量动量

给出了一般对角度规引力波广义协变的能量动量表达式，讨论了引力纵波，横波和引力孤立波的能量动量。     

引力波干扰下,谐振腔场方程及其哈密顿量

讨论一个圆柱空腔电磁谐振系统对引力波的响应,在得到引力波作用下的电磁场方程的基础上,进一步把空腔的简正模结构处理为一个能级分立的体系,最后得到引力波作用下的体系的哈密顿量。     

引力波的基本场方程与假性能动张量

导出适用各种背景时空的引力波基本场方程,定义了引力波的假性能张量并阐述了它与引力场的赝能动张量的区别,还对射电脉冲双星能否验证“引力辐射”的争论进行了研究。     

引力场的负能量特性——一种全新宇宙观

通过对引力场的深入研究，用现有引力场理论的各种合理结果，严格证明了定理：“引力场（波）能量是负能量”。自然地解释了光谱线宇宙引力红移的观测结果。合理地给出了一个真实的宇宙。     

单极化态线性引力波场中Proca光的频移

光在引力场中传播时,频率将会发生改变,但通常考虑光的引力红移时,却没有涉及到光子的静质量.从"重"电磁波的Proca方程出发,研究了线性引力波场中Proca光的频移.数值计算结果表明:若考虑光子的静质量,其频移效应将产生一个微小的修正(附加频移),但在目前的实验条件下不会产生可以观测的效应.