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04 引力波(第3页)

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从今以后,我们还可以研究黑洞相撞的时候发生了什么。

直接观测引力波同样可以让我们以新的方式验证爱因斯坦的引力理论。

人们可以假想引力波经过产生的种种现象。

比如图9展示的粒子环可能的形变,或者在引力波传播方向垂直的空间也会有所变化,等等。

爱因斯坦提出的关于时空弯曲的方程明确地否决了这些可能性,但是如果他错了,那么上述两种设想实际上是可能的。

利用LIGO这样的实验,我们可以看看引力波是不是表现出爱因斯坦理论预测的那些行为。

就这样,引力波提供了另一种验证爱因斯坦理论的方法。

除此之外,我们还能以新的方式了解黑洞相撞时发生了什么,从而产生不少令人激动的可能性去进一步研究引力物理。

引力波探测器

爱因斯坦在1916年就预测了引力波的存在,差不多一个世纪后,人类终于在2015年第一次探测到了它。

为什么用了这么长时间?因为引力波信号的强度极其微弱。

图9只是为了更好地展示引力波而将其效应夸张了。

在现实中,粒子的形变只占其1020的大小的量级。

也就是说如果我们做一个1000千米直径的粒子环,引力波只会导致10-12厘米的形状变化,这显然是非常难以探测到的。

尽管探测任务艰巨,或者说正因为如此,反而激励了很多人为直接探测引力波而努力。

非常重要的早期工作之一由一类叫韦伯棒(Weberbars)的仪器完成。

这类仪器的名字来源于马里兰大学的约瑟夫·韦伯(JosephWeber),它们由巨大的金属圆柱组成,大约1米宽,几米长。

人们设想当引力波穿过地球时,它会导致圆柱振动,就像用木槌敲击铃铛一样。

只有某种频率的引力波存在时才能引起圆柱振动。

当年用来探测引力波的韦伯棒精确度能达到10-15。

虽然听上去十分灵敏,但还不足以探测到今天人们熟知的引力波。

韦伯棒在历史上曾经收到过好几次假警报。

1968年,韦伯声称他得到了引力波存在的证据,这一发现足以让他成为诺贝尔奖的有力竞争者。

不幸的是没有人能复制他所声称的发现,因此现在人们普遍相信这是一次假警报。

一些最新版本的韦伯棒今天仍在运作。

其中一个例子是莱顿大学的MiniGRAIL实验。

它由一个1150千克的金属球组成,比韦伯自己建造的韦伯棒灵敏1000倍左右。

不过今天的人们更多地使用另一种技术来探测引力波,这就是干涉法(iry)。

基于干涉法的引力波探测器原理和第2章介绍的迈克尔逊-莫雷干涉仪类似。

而现在的引力波干涉仪比第2章介绍的干涉仪要大得多得多。

截至本书完稿的时候,世界上最大的引力波干涉仪当属美国的LIGO。

LIGO即激光干涉引力波天文台(LaserIerGravitatioory),它有两个台址。

其中一个在路易斯安那州的利文斯顿,另一个在华盛顿州的里奇兰。

每一个台址都有一台巨大的干涉仪,它由两根相互垂直的“臂”

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