人类首探引力波 那么探测器LIGO是个什么鬼?

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金庸的小说《射雕英雄传》里五种功夫叫做“降龙十八掌”,其包含一式叫做“飞龙在天”,这当然是很厉害的招式。不可能 把有一个“龙”字放进有一个“天”字上,请问你许多字为什么在么在么读䶮你许多字的读音是yan(第三声,音同表演的"演")。

王䶮,1984年出生在辽宁,南京大学天体物理学士,德国爱因斯坦研究所博士,Stefano Braccini Thesis Prize奖获得者,出版斯普林格图书《First-stage LISA data processing and gravitational wave data analysis》。目前在西澳大学担任研究助理教授。

最近,据说美国的引力波探测器LIGO也想学NASA整个大新闻,于是蝌蚪君独家专访了引力波探测器LIGO方面的专家王䶮博士,向他请教了引力波探测器LIGO的许多基础知识。



LIGO外观

LIGO内内外部有有一个麦克尔逊干涉仪

蝌蚪君:“LIGO在美国的华盛顿汉福德(Hanford, Washington)与路易斯安娜州各有有一个激光干涉仪,对吗?”

王䶮:“是的。”

蝌蚪君:“你许多激光干涉仪工作的基本原理是你许多?”

王䶮:“就是我麦克尔逊干涉仪。”

麦克尔逊干涉仪,在历史上另有一个不可能 验证了以太不指在,从而因为爱因斯坦提出“在惯性参考系中光速是不变的”的基本原理,成为有一个光学领域的经典仪器。在红外光谱领域,不可能 要检测许多有机物的分子光谱,也使用麦克尔逊干涉仪。简单地说,你许多干涉仪内内外部有两束光,不可能 这两束光走过的路程一样长,没有 它们重逢的事先老出的干涉条纹顶端是亮的,不可能 这两束光走过的路程不一样长,则老出干涉条纹顶端次要就没有 另有一个没有 亮了。

蝌蚪君:“通过检测干涉条纹中心的光斑亮度,引力波探测器LIGO还时需知道光程有没有 指在变化?”

王䶮:“是的,当然实际工作过程中,LIGO的光路中光线还时需来回反射太少 次,另有一个有效光路变长太少 倍,能提高检测的灵敏度(精度)。”

引力波探测的精度是10^(-21),你许多数字是0.000 000 000 000 000 000 001,要花费测量地球到太阳的距离精确到原子半径的大小。

干涉仪的臂长与可探测到的引力波中心波长之间的关系

在实际的LIGO引力波探测器中,激光麦克尔逊干涉仪的干涉臂的臂长达到4公里,在多次反射后还时需达到几千公里,你许多干涉长度对引力波的中心频率为3000赫兹的信号最为敏感。

蝌蚪君:“干涉仪的臂长与引力波的中心波长之间共假若你许多关系?”

王䶮:“粗略得说就是我干涉仪的有效臂长,就是我可探测的引力波的中心波长。”

蝌蚪君:“LIGO引力波探测器3000赫兹的引力波信号对应于你许多样的天体物理过程?”

王䶮:“要花费有3个过程,第五种情況是致密双星的合并过程中发出的引力波,比如1到3000个太阳质量的致密天体(如中子星,黑洞)之间的合并过程就发出你许多频段的引力波信号;第二种情況是中子星的自转,当有一个中子星的质量分布不对称的事先,它有有一个随时间变化的四极矩,你许多事先也会辐射出你许多频段的引力波;第五种情況就是我burst过程,就是我许多短期的爆发源,比如超新星爆炸过程,时间很短,其引力波信号也很不规则,其频率也在LIGO引力波探测器的探测范围内;第五种情況就在宇宙学方面,早期的宇宙大爆炸会有随机的引力波背景,你许多极早期的涨落现在比较难探测,但也在LIGO引力波探测器的探测范围内。”

另有一个提出类elisa的引力波探测技术方案

对于引力波探测计划,除了有“在地面的LIGO引力波探测器,还有在天上的卫星做成的elisa计划。王?博士另有一个提出了五种不想于elisa的引力波卫星计划,在你许多技术方案中,一共有6个卫星,它们的空间型态满足有一个正八面体的型态,你许多装置与elisa的三颗卫星不同,是放置在第一拉格朗日点。

王䶮说:“你许多八面体型态的优点是,还时需消除卫星的加带宽噪音以及卫星时钟的噪音。”

当然,引力波是不难 探测的,引力波探测界有有一个大佬叫Bernard Schutz。四年前,他曾在北京大学做学术报告时发表感慨说:"朋友花了几十亿美元找引力波,还是没找到,有事先我晚上碎觉想想,我为什么在么在么能和男人睡此人 床上呢?我TM应该睡监狱里啊。"

王䶮是奋战在探索深度图次宇宙奥秘第一线的年轻中国学者,朋友期待他参与的引力波探测事业能给朋友人类文明前进带来新的推动力。

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