LIGO中所用的减震隔震手段主要有哪些？

激光干涉仪重力波天文台（LIGO）是美国的一对巨大的研究设施，致力于探测时空结构中的波动，称为重力波。这些信号来自宇宙中巨大的物体，例如黑洞和中子星，并为天文学家提供了一个全新的观察宇宙现象的窗口。 LIGO的基本机制依赖于著名物理学家爱因斯坦（Albert Einstein）的工作，他在相对论中预言了一个多世纪前类似于电磁波的引力波的存在。根据位于帕萨迪纳市的加州理工学院（Caltech）进行的该项目的 历史 ，爱因斯坦认为此类波太微弱，无法进行切实可行的探测。 从1960年代和70年代开始，研究人员使用自由悬挂的反射镜在它们之间反射激光，建造了重力波探测器的原型。如果重力波穿过设备，它将使时空结构摆动，并使反射镜移动得如此之小。这种被称为干涉仪的设备仍然是当今重力波探测器中的基本单元。尽管这些早期模型没有捕获重力波信号所必需的灵敏度，但进展持续了数十年，1990年，美国国家科学基金会批准组装两个LIGO探测器；一个在华盛顿州汉福德，另一个在路易斯安那州利文斯顿。 两种探测器的建造均于1999年完成，几年后开始了对引力波的搜索。十多年来，随着物理学家们学会了如何处理高度敏感的仪器以及所有可能出问题的事物，检测器继续空空如也。任何数量的东西都可能使设施混乱，包括像乌鸦在通向它们的管道上啄的小事。 LIGO经过重新设计，在2010年至2014年之间具有更高的敏感性。根据加州理工学院的LIGO资料页，在2015年9月打开仪器的几天之内，天文台就开始拾取其首次引力波的信号。 当科学家努力了解其细节时，这个 历史 性信号被秘密保存了几个月。2016年2月11日，这一发现被公开，物理学家宣布他们发现了两个黑洞的碰撞，分别比太阳的质量大29倍和36倍，这发生在近13亿年前。物理学界对此表示欢迎，并获得了媒体的广泛关注。这项观测不仅证实了爱因斯坦的百年预言，而且为研究人员提供了一种崭新的方式窥视宇宙。一年后，加州理工学院的天体物理学家Kip Thorne和Barry Barish以及麻省理工学院的Rainer Weiss共同获得了诺贝尔物理学奖，以表彰他们在引力波检测领域的开拓性工作。 LIGO的合作目前包括两个基于美国的探测器以及2017年上线的名为Virgo的第三台仪器。它位于意大利比萨附近，由一个欧洲集团经营。每个设施都包括一个L型真空室，其腿长4公里，其中装有一个干涉仪。探测器的激光能够以质子宽度的1 / 10,000的惊人准确性识别出它们在镜子之间的运动。这三个设备协同工作，有助于确认一个设备接收到的任何信号都是真正的重力波检测，而不是随机噪声。研究人员在重力波探测器周围创造了世界上最安静的一些地点，减慢了附近的交通，监测地面上的每一个微小震颤，甚至将探测设备悬吊在钟摆系统上，以最大程度地减少振动。 LIGO和处女座最引人注目的结果包括首次发现两个中子星-极致密的恒星尸体-互相撞毁。这项发现于2017年10月宣布，同时还使用无线电，红外，光学，伽玛射线和X射线望远镜对同一事件进行了观测，从而使科学家能够从多个渠道提取信息，这就是所谓的多信使天体物理学。数据有助于证明这种碰撞是宇宙中大量金，铂和其他重元素的来源。 2020年1月，LIGO探测到了第二次中子星粉碎，其中涉及质量为太阳的3.4倍的巨大物体。如此重的中子星从未在望远镜中见过，它推高了这类实体理论上可能存在的大小极限，使科学家们对如何制造这些恒星scratch之以鼻。 那年晚些时候，研究人员宣布，LIGO和处女座发现了两个庞然大物黑洞合并的信号。这些实体的质量分别是太阳的66倍和85倍，它们形成了一个总质量是太阳142倍的黑洞。这是所谓的中等质量黑洞的第一个明确证据，黑洞的质量介于太阳的50到100,000倍之间，科学家知道这是必须存在的，但从未见过。 2020年，LIGO和处女座被日本名为Kamioka引力波探测器（KAGRA）的仪器所加入，尽管由于全球COVID-19大流行，所有设施不得不暂时关闭。预计印度探测器将在2020年代中期加入网络。通过这些额外的设施和对当前设施的升级，物理学家将能够从更远的地方以更高的频率观察引力波，从而使他们将来能够发现更多。 这里是@流芳科学，欢迎关注转发收藏，每日看科学知识！

科技水平的不断进步，尤其是在电子行业这一朝阳产业，纳米技术得到了很大的发展，主要是集中在电子复合薄膜，利用超微粒子来改善膜材的电性、磁性和磁光特性，此外还有磁记录、纳米敏感材料等。随着人们生活水平的日益提高，及人们对环保的重视程度不断加强。空气质量与工业废水处理已成为城市的一个生活生存质量标志。纳米材料由于其特有的表面吸附特性, 使其在净化空气与工业废水处理方面有着很大的发展前景。纳米材料是80年代中期发展起来的新型材料，它比负氧离子先进50年。由于纳米微粒(1-100nm)的独特结构状态，使其产生了小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等，从而使纳米材料表现出光、电、热、磁、吸收、反射、吸附、催化以及生物活性等特殊功能。纳米材料具有许多独特功能，而且用量少，但却赋予材料意想不到的高性能，附加值甚高。纳米复合高分子材料、纳米抗菌、保鲜、除臭材料等等，由于纳米材料的尺寸小，比血液中的红血球小一千多倍，比细菌小几十倍，气体通过其扩散的速度比常规材料快几千倍。纳米颗粒与生物细胞膜的化物作用很强，极易进入细胞内。国家纳米技术与工程研究院是国家级的纳米科研机构，拥有CNAS、CMA、CAL资质，具备400多台高精尖的检测仪器与设备，以博士、硕士以及外聘专家的强大科研人员队伍。在光纤生物传感、染料敏化电池、难溶产品增溶、精密分级技术等方向取得了重大突破。

探索过程异常曲折；利用激光引力波纹天台证明，主要利用比萨斜塔，活动地心引力，再加上现代的科学和技术，通过一些相对论破除的。

几年前，我们终于取得了人类 历史 上最伟大的科学成就之一：直接检测引力波。 尽管引力波是爱因斯坦广义相对论在1915年提出的一项早期预测，但整整一个世纪才直接发现了它们。 我们实现这一梦想的方式是通过美国激光干涉引力波天文台(LIGO)、欧洲“ 处女座 ”(Virgo) 引力波探测器 和日本神冈 引力波探测器 (KAGRA)共享的卓越设计： 当足够强的引力波以恰当的频率通过时，臂会交替伸缩，从而改变干涉图样。但是光不会膨胀和收缩吗？令人惊讶的答案是"不"，以下就是原因。上图显示了迈克尔逊干涉仪的原理。1881年，阿尔伯特·迈克尔逊（Albert Michelson）试图探测以太，以太被认为是光波传播的媒介。在狭义相对论发现之前，假定所有波都需要一种介质来传播，例如水波或声波。 迈克尔逊（Michelson）构造了这样的干涉仪，其原理是地球以大约30 km / s的速度在围绕太阳的太空中行进。由于光速为300,000 km / s，他预测他会看到干涉仪产生的干涉图样，该干涉图样取决于设备相对于地球运动所对准的角度。只是，迈克尔逊以比预期的效果好得多的精度进行了实验：大约好40倍。 但是迈克尔逊一无所获，这表明以太不存在，至少不是物理学家思考它的方式。迈克尔逊（Michelson）于1907年被授予诺贝尔物理学奖，这可以说是唯一 一次为实验性“零结果”颁奖的奖项。 这提供了证据，光速对所有观察者都是相同的，而与沿光传播方向相对，垂直，相对于或垂直于光传播方向的任何其他运动无关。只要在一个特定方向上创建了干涉图样 ，无论您如何定向探测器，它都应保持不变。但是，相对于另一条臂延长或缩短一条臂，将会改变路径长度，从而改变我们看到的干涉图样。如果将远端的反射镜移动到离近端更近或更远的位置，则该波产生的峰谷-峰谷-峰谷模式将有微小变化。但是，如果在臂长恒定的情况下保持设备稳定，则该模式根本不会改变。 首先，为了建立引力波实验，这些条件需要满足。必须正确配置和校准探测器，考虑来自所有来源的干扰，并将灵敏度降低到可以检测出引力波会引起的微小臂长变化的点。经过几十年的努力，LIGO 是第一个达到干扰阈值的引力波探测器，该干扰阈值可以产生物理的、可观测的效果。你应该听说过光是电磁波。光由相中、振荡、相互垂直的电场和磁场组成，这些场能与附近电磁耦合的任何物质相互作用。 同样，还有一个引力模拟：引力波。这些波纹以与光（c） 相同的速度在太空中移动，但不会产生与粒子相互作用而产生的可检测特征。相反，它们交替拉伸和压缩它们，且以相互垂直方向穿过的空间。当引力波穿过一个空间区域时，任何空间体积在一个维度上经历膨胀，并伴有垂直方向的罕见压缩。然后，波以频率和振幅振荡，就像任何其他波一样。这就是为什么我们的引力波探测器构造成具有垂直臂的原因：因此，当波通过它们时，两个不同的臂将受到不同的影响。 当引力波通过时，一只臂压缩而另一只臂膨胀，然后反之亦然。 考虑到地球的曲率，LIGO，Virgo和KAGRA探测器彼此成角度。它们全部同时工作时，无论入射波的方向如何，多个探测器将对引力波信号敏感。只要电波本身通过探测器（并且没有已知的方法可以使自己免受引力波的干扰），它就应该以可检测的方式影响臂的路径长度。 但这就是难题所在：如果空间本身是正在膨胀或压缩的东西，那么穿过探测器的光线是否也应该在膨胀或压缩吗？ 如果是这样的话，光线是否不应该像不存在引力波的情况那样，以相同值的波长通过探测器？ 这是一个真正的问题。 光是波，定义任何单个光子的是它的频率，它又定义了它的波长（在真空中）和能量。 光线随着其占据的空间伸展（对于红色）或收缩（对于蓝色）而发生红移或蓝移，但是，一旦波完成通过，光将恢复到其原始状态时的波长。 似乎光应该产生相同的干涉图样，而与引力波无关。引力波探测器的工作不仅有效，而且还确定了黑洞与黑洞合并的显着特征，使我们能够重建合并前和合并后的质量、距离、在天空中的位置以及许多其他属性。 理解这一点的关键是忘记波长并专注于时间。是的，波长实际上取决于引力波通过时空间的变化。这些红移和蓝移是真实的，但不变的是真空中的光速，始终为299,792,458 米 / 秒。如果压缩一只臂，光的传播时间会缩短；如果将其展开，则光旅行时间会延长。 并且，随着相对到达时间的变化，我们可以看到在真实引力波事件期间，（重构的）干涉图样如何随时间移动的振荡图样。当在每个激光脉冲开始时，分开的两个垂直光束在探测器中重新组合时，它们会形成我们观察到的临界干涉图。 如果在任何一点上臂长都有差异，那么这些光束的传播时间将有所不同，因此干涉图案将发生偏移。 这就是为什么我们使用光束而不是单个光子的原因。 如果同时发射一对光子并沿垂直臂向下传播，则看到最短累积路径长度的光子将首先到达：在其伙伴光子之前，将看到更长的累积路径长度。 但是波是连续的光源。 即使到达时间相差仅10^(-27)秒，也足以导致最初调谐以使干涉图消失的两个波，以明显的振荡失配出现，从而产生临界信号。您可能仍然担心光的红移和蓝移效应，以下两个原因可以忽略它们： 这是所有这些中的关键，重要的一点：红光（长波长）和蓝光（短波长）都需要花费相同的时间才能穿越相同的距离。事实是，当引力波通过探测器时，它会改变两个相互垂直的臂的相对路径长度。路径长度的变化会改变每个光量子的所需光传播时间，从而导致到达时间不同，并导致所产生的干涉图样发生偏移。由于两个手臂的长度一起变化，因此我们可以使用该信息来重构在远处产生的引力波的特性。 理解其工作原理的关键因素是一束光束在设备中的停留时间略长，因此，当光束到达检测器时，它与对应的光束略有异相。这种微小的时间偏移是由于LIGO（以及Virgo和KAGRA）的臂压缩了质子宽度的0.01％而引起，在当前的Run III中，目前已被用于寻找许多新的合并事件。引力波现在是一门生机勃勃的观测科学，现在您已经了解引力波探测器工作原理！

方舟子和张绍刚欠中国引力波第一人一个道歉

【引力波的发现时间】在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。【引力波】在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了引入了相互作用的传播速度有限的概念。相比之下，引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中，因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。各种各样的引力波探测器正在建造或者运行当中，比如 advanced LIGO(aLIGO)从2015年9月份开始运行观测。可能的引力波探测源包括致密双星系统（白矮星，中子星和黑洞）。

LIGO是激光干涉引力波观测台，通过观测台发现两个有重力波波形的中子星螺旋式结合到一起。这件事最大意义就是引力波将成为天文学重点的研究对象。

早在1915年，爱因斯坦在广义相对论的基础上提出了引力波的存在，并预言强引力场事件可产生引力波，比如黑洞合并、脉冲星自转以及超新星爆发等。现代物理学认为，引力波是一种与电磁波不同的辐射，无法通过电磁辐射直接观测。引力波与宇宙中物质的相互作用是非常微弱的，因此可以传播至很远的宇宙空间。为“捕获”引力波，美国国家自然科学基金会于上世纪90年代在路易斯安娜州利文斯顿和华盛顿州汉福德各建造了一个激光干涉引力波天文台(LIGO)。每个天文台都有两个长达4公里的测量臂，呈L型排列。来自加州理工学院、麻省理工学院等90多所高校的1000多名科学家参与LIGO的日常探测和研究。

只有当离引力波源接近于您的距离几乎为零时，才能够让其产生震动你的骨头波动，因为只要其中有一点点简介质，其所散发的能量就会大大削弱。

先不要加“引力波”这三个字，不要牵扯“时空”怎么样怎么样，就把它看成是一台“激光干涉仪”就比较容易理解了。老实说，这就是一台“固定不动的超长光程的激光干涉仪”！与迈克尔逊干涉仪相比有优点——超长的干涉臂同时也有缺点——固定不动没法旋转，所以它在灵敏度极高的同时探测机会却很小，只有当地球恰好旋转到一个特定的位置时又恰好赶上了某一个振动信号传过来，就这么寸，干涉条纹就移动了，就给了探测头一个信号输出，于是就说“探测到了“引力波””。更详细点说呢，两个臂里的波长与臂长一样分别被拉长和缩短所以波数差不变，但从分光镜出发的同一个波前却是在不同的时间回到分光镜。与传统迈克尔逊干涉仪的最大区别就是：这两束波的频率事实上在传播中是不同的，而回到相同位置时又变成了相同频率的相干波，由于引力波不改变光速，所以光程差就可以表述成单纯的时间差了

通过logo引力波探测仪器发现两个黑洞相互作用造成高强度引力波，引力波的发现证实了爱因斯坦的理论，对理论物理学的发展是浓墨重彩的一笔

美国东部时间4月25日凌晨4点18分，根据初步观测，又一轮经过数百万年穿越深空的引力波穿过地球。正如对蜘蛛网上对每一点细微动静都敏感无比的蜘蛛一样，美国的激光引力波探测器及时发现了这种代表过往活动的微妙震荡。相关计算机模型得出结论，此次 微波的 摆动来自遥远太空的两颗中子星。二者在距离地球5亿光年的位置发生了碰撞。 而在美国东部时间次日上午11点22分，激光干涉仪引力波观测台（简称LIGO）又识别出另一个引力波信号。计算机模型显示这是人类有史以来观察到的第一次黑洞形成过程——黑洞诞生于中子星之内，并逐步将整个星体吞噬殆尽。初步模型显示，第二轮引力波在到达地球之前，穿过了约为12亿光年的星系空间。 在这两次观测当中，LIGO都成功发现了极为微弱的引力波活动，而这一突破性的科学成就，应当归功于研究人员最近对其探测器做出的一系列改进。 位于路易斯安那州与华盛顿州的两座LIGO激光设施直线相距3002公里（地球表面距离为3030公里）。每座LIGO设施会将激光束分为两个部分，这对孪生光束被传送至长度达4公里的两个垂直臂上。干涉仪臂中的光束在经过严格校准的反射镜与光学元件之间往来反射，而后重新组合为光线，并由此生成精细的干涉模式。 这种模式的效果非常明显，因为在光线行进的路径中，即使是微波的空间扭曲（也就是由引力波引发的时空扭曲）都会令结果产生显著的变化。但问题在于：干涉仪对于镜面及光学系统中的热噪声、设备中的电子噪声，甚至是来自周边地区车辆交通以及地震造成的噪声等因素也同样非常敏感。 噪声干扰一直是个非常棘手的难题，这也是LIGO的研究人员在2006年到2014年期间一直无法观察到引力波的重要原因。然而，在2015年9月14日，LIGO第一次发现了黑洞碰撞事件——这使得三位LIGO项目首席调查员获得了2017年的诺贝尔物理学奖。 在随后从2015年9月到2017年8月的394天运行当中，LIGO又陆续观测到11次引力波事件——平均每35天检测到一次。 在经历了最新一轮设备改进之后，LIGO设施的本轮观察从上月正式开始。而在4月，它就观测到了五起可能的引力波事件，包括三次黑洞碰撞、中子星与中子星相撞，以及黑洞吞噬中子星。 这种每周一次的频率可能真实反映了LIGO设施的新常态。 最重要的是，LIGO发现的这两次事件都涉及到中子星。由于中子星不会吞噬碰撞过程中可能发出的光，因此其向外放射的引力与电磁辐射才更有可能长途跋涉抵达地球。（这种将引力与电磁辐射结合起来进行观测的方式，被称为「多信使天文学」。） 华盛顿州里奇兰市LIGO设施的科学家Sheila Dwyer表示：“中子星也会发光，所以世界各地的很多望远镜都在寻找这类天体，希望能够在不同波长的光线之下实现定位。LIGO项目的一大目标就是通过引力波与光线的结合完成这一目标。” LIGO设施进行的首次多信使观测始于2017年8月，引力波检测也由此拉开序幕。此后不久，出现了84篇令人惊叹的科学论文，其中探讨了研究人员如何检查从伽马射线到无线电波光谱的各类由碰撞产生的电磁辐射。此次被称为GW170817的事件带来了一系列科学成果，包括通过对引力波速度的精确计算（正如爱因斯坦所预测的那样，引力波速度等于光速）揭开了伽马射线爆发的神秘面纱，并在一夜之间更新了元素周期表中关于重元素宇宙来源的模型（根据对碰撞事件的引力与电磁辐射进行研究得出结论，宇宙中比铁重的元素大多来自GW170817这样的中子星碰撞事件）。当S190425z与S190426c信号传入时，世界各地的望远镜开始指向由引力波观测所指示出的空间区域。然而截至本文发稿之时，研究人员们仍然没有找到天空中存在的伴星源。 但值得肯定的是，随着LIGO设施观测敏感度的不断提升，更强大的观测能力使得我们有望在GW170817这一 历史 性事件之后进一步运用好多信使观测的强大力量。 Dwyer表示，LIGO的最新版本采用高效反射镜进行光线反射，这意味着从光线到镜子的机械或者热能传递率极低。这一点非常重要，因为平均而言，激光在重新组合并形成检测器干涉模式之前，需要沿着干涉仪臂进行多达1000次的自反射。 她解释称，“现在，我们的反射涂层已经拥有极低的吸引率，即使只吸收极少量激光，光学元件也有可能因发热而出现变形。” 如果LIGO团队能够设计出损耗水平更低的镜面涂层（这类涂层也能够在光学、通信以及光子学等领域实现后续应用），那么他们将能够通过干涉仪臂的激光功率，使其从目前的200千瓦提升至计划中的3兆瓦。 据华盛顿州里奇兰市LIGO设施的首席科学家Daniel Sigg所言，另一项改进则涉及对激光进行“挤压”，处理之后的激光在幅度与宽度方面将低于海森堡不确定性原理的基本判断。 Sigg指出：“我们无法以高精度方式同时测量光子的相位幅度或强度。但这无伤大雅，因为我们只需要计算光子数，并不非常关心其相位与频率。” 也就是说，LIGO设施会利用激光器生成“压缩光”光束，其能够在同一域（振幅）内具有更高的噪声，同时降低另一项属性（相伴或频率）的不确定性。因此在两个光子可观测量之间，海森堡原理仍然有效。 这使得LIGO的“眼睛”能够捕捉到宇宙当中越来越多活跃的天体碰撞事件；而每一次发现黑洞或者中子星的碰撞时，LIGO都会为我们带来新的科学发现与潜在的衍生技术成果。

2015年，科学家侦测到第一个重力波，创造了 历史 ，大部分重力波来自黑洞整合形成，少数则由中子星整合形成。为了侦测到微弱的信号，科学家不得不建造超巨型的L型结构，两臂必须拉长到将近4公里。但有些重力波是由更小事件产生，例如原初黑洞，这些理论上的黑洞是源于早期宇宙大爆炸暴涨时物质的超高密度，质量远低于现今理论的坍缩黑洞，又甚至是假想的暗物质候选粒子轴子。 LIGO所在位置的全景图，为了将LIGO完全塞进一张照片，必须使用直升机飞上高空才能拍到。 科学家表示，他们正在研究发现这些更小事件的方法，而且可能只需要1米大小的探测器，名为“悬浮传感器”（Levitated Sensor Detector，LSD）。这种探测器只需要一个稍大的桌子就可以放置，也将为重力波世界打开一扇全新大门。 不同重力波依赖不同程度的仪器侦测，以欧洲太空总局（ESA）为例，正在研发的激光干涉仪太空天线（LISA），则是将发射至太空常驻、可侦测到更大的超大质量黑洞吞噬恒星产生的重力波。 重力波的范围受不同程度影响，需要的仪器也不同，LSD期望能观测到频率更高的小事件。（Source：Astronomy） LSD的发明，将填补小程度的事件，凯克基金会已赞助100万美元，计划两年内完成模型，并在发布研究结果前可运行原型机一年。LIGO的成功，证明了重力波虽然难以观测，但技术一旦成熟，就会捕捉到大量信号，科学家预期LSD也能如此。

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CLIGO测量原理和光学中的迈克尔逊干涉仪相似。根据爱因斯坦广义相对论，引力可以看做是空间的扭曲，相应的引力波可以看作空间的震荡，表现出来的就是使空间中的物体长度发生改变。

我在这里先解释一下，什么叫广相的最后一块拼图（下文将广义相对论简称为“广相”）。就是爱因斯坦本人和其他物理学家根据广义相对论先后提出了四个预言：第一、光线在引力场中会发生偏折；第二、光谱线在引力场中会发生红移；第三、宇宙中存在黑洞；第四、宇宙中存在引力波。前两个很快就得到了证实。而黑洞虽然没有直接观测到，但已经发现了大量黑洞存在的间接证据，所以黑洞的存在性在科学界也基本达成一致。最后就剩下了引力波这个预言了，是所谓广相预言的最后一块拼图。为啥它落在了最后，因为它的信号太微弱，难以探测，所以LIGO探测到引力波，的确是里程碑的。确实可以称之为：广相实验验证中最后一块缺失的“拼图”被填补了。其影响无疑是巨大的，因此获得了高度评价。但是，大家想一想，LIGO之所以能够填补广相的一块拼图，还有一个更大的原因，就是广相的拼图就太少了。广相一共才有四个预言，也就是说才有四块拼图，那当然容易拼完整。我们不妨思考一个问题：预言少的理论牛叉、还是预言多的理论牛掰？当然是预言多的。你预言越多，说明这个理论越强大，同时它得到检验的机会也越多，被证实或证伪的可能性也就随之增大。而广相才四个预言，即便都被证实了，似乎也不是很给力，对吧？说极端一些，如果当时广相就只能预言光线在引力场中会发生偏折，而且这个马上就得到了验证，那能不能说广相早就彻底OK了，更早的获得完全确认了？当然不是。如果是的话，没做任何预言的理论岂不成了最完美的了？试想想，如果广相能作一百个预言，现在已经证实了80个，那也要比4个预言全都证实要强得多得多。那广相的预言为什么那么少？绝不是因为广相不厉害，是因为那个引力场方程太难求解，各种规律蕴含在其中，还没有暴露在我们面前。再加上，实验物理学家由于技术条件所限，跟不上广相的各种高端要求。

图解：激光干涉引力波天文台引力波观测发布会截图。图源：LIGO 激光干涉引力波天文台（LIGO）首席研究员大卫·瑞兹宣布了一个重大发现：“各位，我们探测到引力波了。”近13亿光年外，有两个质量30倍于太阳的黑洞融合了，盘旋交互形成一个更大的黑洞，这个新的黑洞的质量大约是太阳的60倍。这些黑洞以及它们融合的过程，包含了巨大的引力场，巨大质量的物体在这样的引力场中快速地移动，这过程本身就在空间结构中产生了“涟漪”。这些“涟漪”在太空中以光速传播，一段时间后就到达了我们的探测仪，“停留”了几分之一秒的瞬间。但多亏了和LIGO的合作，这一瞬间已足以让我们探测到它们，我们的两个探测仪（分别位于华盛顿和路易斯安那洲）探测到了相同的信号，这个信号与模型预测结果精确吻合。 图解：双黑洞融合观测波形。图源：B.P.Abbott等 在我们探测到信号的20毫秒内，引力波输出的功率比当时整个可见的宇宙中所有闪耀的恒星输出的功率总和还要高。如果我们对比两颗未融合的黑洞质量总和以及它们完成融合之后形成新黑洞的质量，我们会发现两者并不相等，这是为什么呢？ 等三倍太阳质量——相当于太阳质量的三倍或地球质量的100万倍——依照爱因斯坦的公式E=mc^2转化成了纯能量。但不同于星光，这种转化并不是转化为电磁辐射，而是转化成了引力辐射，这也是我们首次观测到这样的转化。我们的探测方式无疑是无与伦比的。爱因斯坦的理论预测这种引力辐射会以一种可预测的模式螺旋向外，制造出一种特殊的震荡波使得“涟漪”在太空中传播。 图源：R. Hurt - Caltech/JPL 当“涟漪”经过包括地球在内的任何一个物体时，它会使这个物体先后向着不同的方向收缩或膨胀。于是就像这个空间里会存在的任何物体一样，在这种波的作用下，地球会产生一定的“摇晃”。 通过在两个不同方向的两个不同位置构造两条互相垂直的射线，我们可以测量到这两个互相垂直的方向上路径长度非常微小的变化。这就是LIGO所运用的绝妙的装置，这个装置可以精确定位并度量“涟漪“在太空中传播的方式，而这些信息可以帮助我们窥探宇宙的奥秘，了解宇宙的现状。 大量的理论模型开始解释这个现象。广义相对论是极难计算的，因此我们需要非常先进的数理手段来测算我们可能观察到的现象。有一个被计算得非常好的模型——LIGO对此模型非常敏感并且每年会预测2-4个——是针对两个质量相似、轨道接近并螺旋向内的黑洞的。这是模型预测的结果。 图解：双黑洞融合观测模型。图源：B.P.Abbott等 它们表现如何？说实话，完美无缺。 而我们首次观测到的，不仅仅是爱因斯坦广义相对论的最伟大的预言之一，虽然我们的确验证了这点。也不仅仅是我们在引力波天文学上迈出的第一步，虽然毫无疑问的，LIGO会在今后的日子里观测到更多类似的信号；对于天文学来说，这项突破就如同伽利略发明望远镜那样令人振奋不已，因为我们终于可以从一个新的视角去 探索 宇宙。我们此次最大的收获是我们终于首次探测到了两个正在融合的黑洞，检测了它们的物理状态，找到了大量爱因斯坦理论的事实依据，并真切地观测到了发生在超过十亿光年之外的遥远宇宙中的现象。 图解：激光干涉引力波天文台引力波观测发布会截图。图源：LIGO 有了第一次就很可能有更多次。这是具有重大意义的一步，但也只是标志了一个良好的开端。如今宇宙正在以一种全新的方式向人类展现出来，而我们首次对存在于所有空间的最极端引力状况进行了检测。这是科学的伟大时刻，更是我们活着的每个人的精彩瞬间！ 参考资料 1.WJ百科全书 2.天文学名词 3. Ethan Siegel Senior Contributor- Mona 转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

引力波顾名思义，就是引力源的运动产生的引力波动，这个波动就是时空的涟漪。这个提法是爱因斯坦和爱丁顿最早从理论上给出的预言。有了理论预言自然就有科学家想去探测引力波的存在。结果这一开始才发现，原来广义相对论真的不是那么简单的。单是黎曼几何和张量分析，老郭就花了一年多的时间才能看明白写的是啥（无奈啊，本科毕业，没学过这么高深的数学）。有了这个数学工具，才能勉强看懂广义相对论的基础入门部分。今天老郭来跟各位爱好科学的小伙伴们聊聊引力波这个话题。1974年年底，修斯和泰勒研究了射电脉冲双星PSR1913+16，这是致密双星系统中的一颗脉冲星。通过多年的监视观测和分析，求得其轨道公转周期变小的变化率与广义相对论计算的引力波辐射造成的辐射阻尼的预言符合得非常好，从而间接地证明了引力波的存在，为此他们获得了1993年的诺贝尔物理学奖。 但是，对引力波的直接观测一直没有成功。1990年前后国际上就积极筹建并已经于1999年，在路易斯安那州的利文斯顿与在华盛顿州的汉福德分别建成相同的探测器。这也是近30年来耗资最大的物理实验了。另外，还有一些正在建造或运作中的地面干涉仪，例如，法国和意大利合作建造的处女座干涉仪（VIRGO）（臂长3000米）、德国和英国合作的GEO600（臂长600米）、以及日本正在建造中的神冈引力波探测器（KAGRA）（臂长3000米）等。另外，欧洲空间局（ESA）正在建造未来在太空中运行的激光干涉空间天线（LISA），其将会被用来探测低频引力波信号。 2002年LIGO正式进行第一次探测引力波，2010年结束搜集数据。在这段时间内，并未探测到引力波，但是整个团队获得了很多宝贵经验，灵敏度也越加改善。在2010年与2015年之间，LIGO又经历大幅度改良，升级后的探测器被称为“先进LIGO”（aLIGO），于2015年再次开启运作。经过多年不懈努力，LIGO科学团队与VIRGO团队终于在2015年9月14日探测到两个黑洞并合所产生的引力波。在2015年12月26日、2017年1月4日、2017年8月14日分别三次探测到两个黑洞并合所产生的引力波，又在2017年8月17日探测到两个中子星并合所产生的引力波事件，这标志着多信使天文学的新纪元已经来临。 2016年，LIGO科学团队与VIRGO团队共同宣布，在2015年9月14日测量到在距离地球13亿光年处的两个黑洞合并所发射出的引力波信号。之后，又陆续探测到多次引力波事件。 由于引力波的相干性和极强的穿透性，引力波的检测和波形的研究对于现代天文学和物理学有极其重大的意义。科学家们预期对引力波的探测至少将对以下几个方面有所贡献： 1、引力波可以穿透超新星爆炸是产生的不透光的壳层，通过对超新星爆炸时产生的引力波波形的分析，人类将首次了解到超新星爆炸过程中内核的变化情况； 2、通过引力波的研究人类将可能直接确定黑洞的存在，可以测量黑洞和中子星的质量，结构，产生率及其在宇宙中的分布，进一步认识伽马爆与致密双星互绕结合的关系； 3、可以确定在极高密度下（密度大于5后面15个零千克每立方米）物质的物态方程； 4、可以研究早期宇宙（符合时期以前）的状态。 总之，引力波作为不同于电磁波的一个全新窗口将对人类认识自然界和宇宙空间产生巨大的影响。

引力波（Gravitational wave），台湾学界称为重力波，英文中有时也写作gravity wave，是时空曲率的扰动以行进波的形式向外传递。引力辐射是另外一种称呼，指的是这些波从星体或星系中辐射出来的现象。电荷被加速时会发出电磁辐射，同样有质量的物体被加速时就会发出引力辐射，这是广义相对论的一项重要预言。2016年2月11日23点30分，物理学家宣布人类首次直接探测到引力波。

老郭的“引力波”不是科学的引力波一夜之间，很多人发现网络上“引力波”的第二轮热潮来袭。而掀起这轮热潮的是一段5年前的视频。初中毕业的下岗工人郭英森参加电视节目《非你莫属》，在阐释他“发现”的一种可以让汽车不要轮子，让人长生不老的理论时，提到了“引力波”一词。视频中，他遭到主持人和嘉宾的冷嘲热讽。随即，今天朋友圈中便出现了这样的标题《拱手相让的诺奖 下岗工人5年前首提“引力波”遭无情打压》，“尊重知识何其难”、“我们欠他一个道歉”……事实真是这样的吗？　　“这段视频我看了。说他与诺奖擦身而过，为他鸣冤抱屈，这件事很荒唐。”从事科学史研究的清华大学教授刘兵告诉科技日报记者。1915年，爱因斯坦提出广义相对论，1916年，爱因斯坦在此框架下发表论文，提出了引力波的理论构想。今年2月11日，美国激光干涉引力波观测台(LIGO)宣布直接观测到引力波。这是一个物理教科书中可以找到的名词，说郭英森是“首提”显然是误传，说他自创的理论能冲击诺奖也是无从谈起。

外国学者得闲得多蛋疼才会知道郭英森啊？全世界骗子不知道有多少，出名的骗子更是一大堆，学者不搞研究，整天关注骗子？

1887年，阿尔伯特·迈克尔森（Albert Michelson）做了一个实验：“检测发光乙醚”。当时，物理学家认为，乙醚渗透到宇宙中，作为光波移动的媒介，就像波浪穿越海洋一样。实验证明是失败的。神秘的醚并不存在。但是，迈克尔森倡导的这项研究却在一个多世纪后发现了一个非常真实而重要的天文现象：“引力波”。空间和时间结构中的波纹来自两个黑洞之间的暴力碰撞。激光干涉仪重力波观测台或LIGO的科学家利用迈克尔逊的研究在2015年9月首次直接观测引力波。爱因斯坦（Albert Einstein）在1916年预测到了引力波的存在，但是扭曲很小，观察困难，没有人直接检测到它们。自从第一次发现以来，LIGO的科学家已经再次检测到它，并在2017年10月3日获得了诺贝尔物理学奖。Michelson研究中心的仪器被称为干涉仪，其操纵封闭管内的光以对自然现象进行微小的测量。LIGO拥有两个互相垂直的长臂，每个臂长4公里，放置成L形，末端有反射镜。管道采用不锈钢制成，直径1.2米，内部抽成高真空。LIGO科学家将激光瞄准L形管，让它在镜子之间来回移动。当引力波到达地球时，它们的波纹穿过管臂，拉伸和收缩。扭曲会改变光线反射的距离，变化的大小是质子宽度的大约千分之一。LIGO的干涉仪基本上是迈克尔逊干涉仪在18世纪80年代的巨型版本。额外的技术将LIGO的干涉仪延伸到1120公里，使得仪器比迈克尔逊所使用的大倍，并且足够灵敏地检测到引力波。迈克尔森和LIGO的科学家有一些共同点：他们都是诺贝尔奖获得者。迈克尔森在1907年获得了物理学奖，其研究光的速度和性质，成为第一个获得科学诺贝尔奖的美国人。他可能没有找到发光的乙醚，但他率先发现了一些更难以捉摸的技术。（科技新发现康斯坦丁/文）

昨天（2020年12月10日），“墨子量子奖”通过网络会议形式宣布。继前两届分别授予量子计算和量子通信领域之后，2020年度“墨子量子奖”授予了量子精密测量领域。 “墨子沙龙”邀请施郁教授对获奖人的相关工作进行了解读。 作者 | 施郁（复旦大学物理学系教授） 2020年度“墨子量子奖”授予量子精密测量领域，获奖科学家是做出理论贡献的卡尔顿·凯夫斯（Carlton Caves）以及做出实验贡献的香取秀俊（Hidetoshi Katori）和叶军。评审委员会给出的信息如下[1]。 Carlton Caves， 美国新墨西哥大学。 获奖理由： 凭借其在量子精密测量及量子信息理论方面的基础性工作，尤其是阐明干涉仪中的基本噪声及其在压缩状态下的抑制作用方面的工作； Hidetoshi Katori， 日本东京大学； Jun Ye， 美国科罗拉多大学博尔德分校。 获奖理由： 凭借他们在量子精密测量方面的突破性成就，特别是在开发极其稳定和精确的光学原子钟方面的成就。 本文按照作者理解，评介获奖科学贡献以及相关研究领域。 1.用压缩光探测引力波 这是引力波探测中的量子噪声问题。对用来探测引力波的激光干涉仪，Carlton Caves分析了海森堡不确定关系所带来的测量精度极限，并且提出了用压缩光来克服这个极限。这个方法已经被探测引力波的激光干涉仪实际采用，而且最近已经发挥了作用。 引力波经过的地方，空间尺度发生振动变化，所以存在于其中的世间万物的长度都发生振动。这也就提供了引力波探测的途径。 现在人们用激光干涉仪探测引力波。干涉仪通过激光的干涉效应，测量两臂的长度差（图1）。事实上，在每个臂上，激光都要来回反射多次，拉长有效路程。引力波通过时，会引起两臂长度差随时间振动，成为引力波的信号。 图1. 引力波探测仪中的激光干涉（图源：T. Pyle/LIGO） 但是引力波引起的长度变化非常小，相对原来的长度只有大概10-22。很多噪声都可能引起物体更大的长度变化，因此引力波探测的一个关键是要排除各种各样的噪声。 对于探测引力波的激光干涉仪来说，噪声包括低频率的辐射压强在镜子上引起的反冲、镜子悬挂系统的热噪声，以及高频率的量子噪声。之所以有量子噪声，是因为对于这么小的尺度，量子效应要起作用[2]。 因此引力波探测不仅是引力物理问题，而且首先是精密测量问题，作为最精密的测量，与量子计量学密切相关。在量子计量学的 历史 上，引力波探测扮演了重要角色。 对于量子系统来说，一个物理量可能没有准确的值，称作有“量子涨落”或者“量子噪声”。这限制了测量的准确性。而海森堡不确定关系给出了量子噪声下限。 对于同一个量子态而言，如果准确确定某个物理量（比如位置），那么与之不相容的物理量（比如动量，即质量乘以速度）就不能准确确定。一般来说，对于测量之前的量子态，被测物理量不是确定的，而测量这个物理量，总是使这个物理量变为一个确定值。但是，具体是哪个确定值，却是随机确定的。所以测量改变了测量时刻的量子态，然后量子态随时间演化。这又带来下一次测量的误差。 引力波探测的 历史 上，最初被考虑的设备是Joseph Weber的巨大金属棒。苏联的Vladimir Braginsky首先研究了不确定关系对位置测量精度的限制。不确定关系说，位置的不确定乘以动量的不确定性不小于一个下限。如果在某个时刻准确确定了位置，那么该时刻的动量就不确定。但是，未来时刻的位置由测量时确定的位置、不确定的动量、时间共同决定，所以未来的位置就有了不确定性，它有一个非零、依赖于时间的最小值，叫做“标准量子极限”。 Braginsky指出，通过所谓量子非破坏性测量，可以绕过标准量子极限。1980年，Braginsky研究组、Kip Thorne及其合作者（包括他的学生Caves）两组团队独立提出了具体方案，叫做“频闪测量法”。对于周期性的振动，每过一个周期，测量一次位置，这样虽然每次测量都改变了量子态，但是并不改变在这些时间的位置[3]。 当时人们也研究用激光干涉仪探测引力波。1980年，作为加州理工学院的博士生，Caves指出，干涉仪的主要误差并不是来自干涉仪中镜子的位置与动量的不相容，而是来自光场的光子数目的涨落，这叫做“散粒噪声”（shot noise）[4]。这是探测高频引力波的主要噪声。 爱因斯坦1905年就告诉我们，光由一颗一颗的光量子（后来简称“光子”）组成。作为一个物理量，光子数目可能不确定。不确定关系在这里表现为，光子数目的涨落（也就是不确定性）和辐射压强的涨落的乘积不小于一个下限。辐射压强的涨落也就是碰撞镜子的光子束流的涨落。这些涨落都是电磁场的固有性质。 可以有这样的光，其中光子数目的涨落很小，但是辐射压强的涨落很大，因此仍然满足不确定关系。这样的光叫做“压缩光”，因为某个物理量（比如光子数目）的涨落得到了“压缩”。压缩光可以通过非线性光学过程得到。 1981年，Caves建议，除了激光，再从干涉仪的另一个输入口注入压缩光（图2）[5]。压缩光缩小了激光的不同光子到达光子探测器的时间差别。 图2. 激光从左侧进入干涉仪，压缩光（图中用虚线代表）从下方进入 [5] 使用压缩光，降低散粒噪声，特别有利于探测来自中子星或小黑洞并合的引力波。这是因为，在并合过程中，中子星或者小黑洞互相绕行更快，因此发出的引力波的频率较高。 目前国际上测量引力波的干涉仪主要有：美国LIGO的两个直线相距3002公里的干涉仪，臂长4公里，分别位于Hanford和Livingston；意大利VIRGO的干涉仪，臂长3公理；德国GEO600的干涉仪，臂长600米；日本KAGRA的干涉仪，臂长3公理，这是亚洲第一个、也是世界上第一个位于地下的引力波干涉仪，今年2月份开始运行。 十几年前，人们就开始在实验上实施压缩光方案。2010年，GEO600首先采用了压缩光，对于不低于750 Hz的引力波探测提高了敏感度（1Hz代表每秒振动1次）[6,7]。几年前，LIGO的Hanford探测器也做了压缩光实验，针对黑洞或中子星并合产生的引力波（频率可以低至150 Hz），敏感度增加了1倍，而且增大了可探测的频率范围宽度[8]。 2015年9月14日， LIGO的两个探测器第一次成功探测探测到了引力波。后来， VIRGO也与LIGO联合探测。在前两轮的探测中，LIGO共探测到11次引力波事件，其中，10次来自黑洞并合，1次来自中子星并合，而且还与Virgo共同探测了几次，包括第一次探测到中子星并合。 去年4月1日，LIGO的两个探测器和Virgo完成了又一次升级，开始第三轮探测工作，预计持续到明年3月[9]。这次升级中，LIGO的两个探测器（图3）和Virgo探测器（图4）注入了压缩光[10,11]，探测器的激光功率也增加了。 因此目前这一轮运行中正在使用压缩光，并作更仔细的探测。这样可以捕捉到更多的引力波，估计比以前增加20%至50%，有望得到来自超新星或者黑洞与中子星并合产生的引力波，而且将引力波信号实时预警，使得从射电到X射线波段的望远镜可以合作观察这些事件。 图3. 目前LIGO干涉仪的示意图，左边是压缩光源[10] 图4. 目前Virgo干涉仪的示意图，左下方是压缩光源[11] 事实上，在这一轮运行中，LIGO和Virgo已经得到了一系列观测结果[14]。首先，LIGO和Virgo探测到一次黑洞并合产生的引力波（GW190412），其中两个黑洞的质量分别是30和8太阳质量，质量比值超过以前所有的情况。然后，LIGO观察到迄今所探测到的最大的引力波事件（GW190521），来自85太阳质量和66太阳质量的两个黑洞并合为142太阳质量的黑洞。这么大的黑洞既超出了以前所知的恒星级黑洞的质量范围，也不属于超大质量黑洞，给相关的天体物理理论提出了挑战。但是也有可能这个引力波源不是黑洞并合。LIGO和Virgo还探测到26太阳质量的黑洞与2.6太阳质量的天体并合成25太阳质量（GW190814），这也是对理论的一个挑战：一方面，不清楚2.6太阳质量的天体是高质量的中子星还是低质量的黑洞，因为以前认为中子星的最大质量是2.5太阳质量；另一方面，并合前的两个天体质量的比值是迄今最大的。 目前使用的压缩光有一个不足之处，某个频率的散粒噪声得到压缩，但是降低了更低频率的敏感度。最近，研究人员又完成了依赖于频率的压缩[12,13]，有望下一轮探测（可能在2022年开始）中用上。LIGO已经宣布，将在今年秋天再次升级[14]。 2.光原子钟 原子钟是指，原子中的电子改变能量状态时，产生或吸收电磁波，其频率给出时间标准。这个电磁波的频率叫做“跃迁频率”，就是这两个电子能量状态的能量差除以普朗克常数。频率是单位时间的振动次数，频率的倒数是振动的时间周期。 原子钟是目前最精确的时间和频率标准，用于标准时间的确定、卫星定位，等等。协调世界时（UTC）就是基于国际原子时（IAT），而IAT来自国际上一些互相同步的原子钟所组成的网络，每天误差不超过10 9 秒（即1纳秒）。 1967年，国际度量衡大会用铯原子的最低能量态（叫做“基态”）的两个超精细能量差来定义秒。由于电子与原子核的磁相互作用，原本能量相同的量子态变得能量不一样，之间的差别叫做超精细能量差。著名的氢原子的21厘米线就对应它的超精细能量（对应波长为21厘米，这个波长的电磁波叫做微波）。 以前的原子钟基于常温下原子的微波激射（微波的激光）。但是后来，人们先用激光冷却，将原子温度降到接近绝对零度（0 K），然后再在光腔中探测它们。温度或者其他因素引起电磁波谱线有点宽度，也就说频率有误差。这影响原子钟的精确度，所以要降低温度。多次测量并作平均也能进一步提高精度。激光冷却和俘获、高品质光腔、精确的激光光谱、光梳技术带来了原子钟技术的巨大进步。 频率误差不变的情况下，升高频率也降低相对误差。铯原子钟的跃迁频率是9 109Hz，相对精度是10-16 [15]。而可见光频率大概是1014左右，因此光原子钟可以达到更低的相对精度。 实现光原子钟有两个途径。其中一个途径是基于单个离子的冷却和俘获。2019年，美国国家标准技术研究所（NIST）用铝离子实现了频率相对精度9.4 10-19的光原子钟[16]。 光原子钟的另一个途径是基于锶、镱等稀土原子。它们的可见光谱线特别窄，提供了稳定、精确的频率标准，比铯原子钟精确千倍。锶还有一个优点，它的原子钟和激光冷却所用的电子能级可以由半导体激光产生。 2.1.用光晶格上的一万个锶原子做成的光原子钟 进一步提高精度的一个措施是用量子多粒子系统。对N个全同原子同时测量，使得噪声降低N1/2倍。 好几个研究组用锶的429 THz跃迁频率，这是可见光谱线，谱线宽度小于1Hz，而且通过光晶格上的大量原子来进一步提高精度[17]。 叶军是NIST与科罗拉多大学博尔德分校共建的联合实验室（JILA）的研究员。2017年，他的研究组将约1万个锶原子放在3维光晶格中，实现光原子钟，原子的量子相干保持15秒，相对精度达到2.5 10-19[17,18]。这个误差相当于宇宙年龄误差100毫秒。 他们先将锶原子冷却到15 nK，然后将它们移到3维光晶格上。因为接近绝对零度（0 K），这些原子处于能量最低状态，叫做“简并费米气体”，而且处于莫特绝缘体态，也就是说，每个格点位置上只有一个原子，从而避免了原子之间的相互作用（否则会改变跃迁频率）。对于不同格点上原子之间跃迁频率的微小差别（来自不同格点处电磁波能量的微小差别），他们将超精确光谱学与空间成像技术结合起来，修正了这些差别（图5）。这是一项新技术。 图5 叶军研究组实验的示意图。不同格点上的原子的跃迁频率用钟代表。叶军研究组将超精确光谱学与空间成像技术结合起来，修正了这些差别[17,18]。 事实上，在此一年前，他们已经实现了3维光晶格上的锶原子的简并费米气体，频率相对精度达到5 10–19 [19]。2017年的这个工作（2018年发表）将精度提高到原来的1.4倍[17,18]。 这么高的精确度，除了作为原子钟，也可以用来研究量子多体物理，还可以研究基础物理问题,比如基本物理常数是否随时间变化，暗物质探测，广义相对论验证，以及量子引力，也可应用到引力波探测，还有实际的应用，比如提高卫星定位的精度、通过测量重力加速度来进行地质勘探，等等。 2.2.可移动的光晶格光原子钟 但是，在某些应用上，需要解决一些问题，光原子钟才能挑战微波原子钟。比如国际原子时依赖于将各地的原子钟相比较，这是以卫星上的原子钟作中介，而目前卫星上的原子钟使用微波。因此地面上的光原子钟还只能以精度比它低的卫星上的微波原子钟为准。另外，还要考虑地球各处引力场的差异，因为对于10-18的精度，几个厘米的高度差就会体现出引力红移（广义相对论效应）。 因此体积小、可移动的光原子钟才可以在这些应用上取代铯原子钟[15]。将它们安装到卫星上，才可以提高国际原子时和卫星导航的精度。在地质测量和基础物理方面的应用也需用可移动的光原子钟。但是可移动性降低了精度，因为实验室里的光原子钟依赖于光学平台这样的笨重但稳定的设备。 最近，日本东京大学的香取秀俊与合作者搭建的两个可移动光原子钟（图6）的精度达到了5 10-18[15,20] 。这个精度相比之前的可移动光原子钟，提高了1个数量级。它们在户外工作，用光纤联系。 图6. 香取秀俊与合作者搭建的两个可移动光原子钟，两个光原子钟用光纤联系起来[20]。 对于光原子钟的两个途径来说，光晶格可以胜过单个离子，但是光晶格上的原子对于电场扰动更敏感，而产生光晶格的激光、附近的电荷，环境中的黑体辐射都可以产生电场扰动。 2003年，香取秀俊与合作者用锶原子搭建了第一个基于光晶格的光原子钟。在此基础上，他们加强了光原子钟的稳定性。 而在最近的这项工作中[20]，他们先将锶原子冷却到几微K，然后将它们放到环形光腔中的一个1维光晶格上。再用激光将俘获原子推到一个黑体辐射屏障中，这个屏障隔离了环境中的黑体辐射。在屏障中，原子完成最后的冷却。用于原子钟的激光尽量准确地调节到跃迁频率。越准确，发生跃迁的原子越多。通过测量激发原子的数目来确定原子钟精度。所有的操作可以通过个人电脑远程控制。 原子钟可用于测量广义相对论效应，也就是引力差异导致的时间差异，即引力红移。据此，目前的GPS卫星定位系统每天调整38皮秒（1皮=10-12）。 以光原子钟的高精度，可以检验广义相对论。广义相对论表明，引力引起的频率相对变化正比于引力势能的差异，比例系数就是光速平方的倒数。如果测量出来的比例系数偏离了光速平方的倒数，就代表对广义相对论的偏离。 香取秀俊与合作者在东京晴空塔，用他们的两个可移动的光原子钟测量了引力红移。他们特意选择了这个并不理想的地点（附近的火车引起的振动较大），以显示设备的抗干扰能力。 他们将一个光原子钟放在塔下，另一个放在450米高处。根据两个光原子钟分别测量到的频率，辅以卫星和激光测量到的高度差，和重力仪在每处测量到的重力加速度，他们得到了比例系数与光速平方倒数的偏离。相对偏离是1.4 10-5。这是迄今对这个偏离的最好的地面测量，比之前的结果精确了1个数量级，接近相距数千公里的卫星的测量结果。 总结一下今年墨子量子奖获奖人的获奖贡献。Carton Caves阐明了干涉仪中的量子噪声，并提出利用压缩态来抑制。香取秀俊与合作者搭建了第一个基于光晶格上的锶原子的光原子钟，最近又搭建了可移动的这种光原子钟，精度度达到5 10-18，而且用来测量引力红移，检验了广义相对论。叶军与合作者用3维光晶格中的约1万个锶原子实现光原子钟，它们形成简并费米气体，原子的量子相干保持15秒，相对精度高达2.5 10-19。 向上滑动阅览【参考文献】 [1] 2020年度墨子量子奖背景和获奖人介绍。 [2] 施郁，引力波的世纪追寻（二）：引力波及其首次探测，科学，2018，70（4）：15-19. [3] Carlton M. Caves, Kip S. Thorne, Ronald W. P. Drever, Vernon D. Sandberg, and Mark Zimmermann, Rev. Mod. Phys. 52, 341 (1980). [4] C. M. Caves, Phys. Rev. Lett. 45, 75 (1980). [5] C. M. Caves, Phys. Rev. D 23, 1693 (1981). [6] J. Abadie et al. (The LIGO Scientific Collaboration), Nat. Phys. 7, 962 (2011). [7] H. Grote, et al., Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013). [8] J. Aasi et al., Nat. Photon. 7, 613 (2013). [9] D. Castelvecchi, Nature 568, 4 April, 2019, p.16. [10] M. Tse et al., Phys. Rev. Lett. 123, 231107 (2019) . [11] F. Acernese et al. (Virgo Collaboration), Phys. Rev. Lett. 123, 231108 (2019). [12] Y．Zhao et al., Phys. Rev. Lett. 124, 171101 (2020). [13] L. McCuller et al., Phys. Rev. Lett. 124, 171102 (2020). [14] LIGO官网，ligo.caltech.edu [15] C. Middleton, Physics Today 73, 6, 20 (2020). [16] S.u2009M. Brewer et al., Phys. Rev. Lett. 123, 033201 (2019). [17] M. Vengalattore, Physics, 11, 22 (2018). [18] G. Edward Marti et al., Phys. Rev. Lett. 120, 103201 (2018). [19] S. L. Campbell et al., Science 358, 90 (2017). [20] M. Takamoto et al., Nat. Photonics (2020). 墨子沙龙是以中国先贤“墨子”命名的大型公益性科普论坛，由中国科学技术大学上海研究院主办，中国科大新创校友基金会、中国科学技术大学教育基金会、浦东新区科学技术协会、中国科学技术协会及浦东新区 科技 和经济委员会等协办。 墨子是我国古代著名的思想家、科学家，其思想和成就是我国早期科学萌芽的体现，“墨子沙龙”的建立，旨在传承、发扬科学传统，建设崇尚科学的 社会 氛围，提升公民科学素养，倡导、弘扬科学精神。科普对象为热爱科学、有 探索 精神和好奇心的普通公众，我们希望能让具有中学同等学力及以上的公众了解、欣赏到当下全球最尖端的科学进展、科学思想。 关于“墨子沙龙”

人类首探引力波时间：2015年9月14日探测到首个引力波信号在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。2016年6月16日凌晨，LIGO合作组宣布：2015年12月26日03:38:53（UTC），位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号；这是继LIGO2015年9月14日探测到首个引力波信号之后，人类探测到的第二个引力波信号。

首先，有必要简单介绍一下什么是引力波。引力波最初是爱因斯坦在一个世纪前根据广义相对论作出的预言。在广义相对论中，时空和物质的影响是相互的。正所谓——时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲。物质分布状态的改变会引起时空发生相应的变化，就像在平静的湖面扔一块石头，荡起一次次涟漪。因此，引力波也被称为时空的涟漪。时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲。时空的涟漪然而，引力波极其微弱，探测起来并非易事。直到2016年2月，美国激光干涉仪引力波天文台（LIGO）才宣布人类首次探测到引力波。实际上，这次惊天发现的数据是LIGO于2015年9月14日探测到的，来自于十几亿光年外一对双黑洞的碰撞与并合。美国激光干涉仪引力波天文台（LIGO）双黑洞的碰撞与并合随后，天文学家又多次探测到类似的现象。尤为值得一提的是，2017年10月，世界各大天文台联合发布了关于引力波前所未见的重大发现——人类首次探测到双中子星并合产生的引力波和电磁信号。这又是一次新的突破，让整个天文学界再次沸腾了。天文学家热衷于引力波是有原因的。引力波的发现不仅是对爱因斯坦广义相对论的又一次验证，还可能开启天文学新时代——引力波天文学。引力波天文学目前，科学家对宇宙的探测主要依靠电磁波。然而，电磁波在传播过程中容易受到干扰。相比之下，引力波具有得天独厚的优势——保真性强，在传播过程中几乎不受物质干扰，能够把遥远宇宙的原始信息最真实地传递过来，从而为我们揭开更多宇宙奥秘。电磁波保真性强至于引力波能为人类带来哪些实质科技进步呢？我们不妨从科幻中开开脑洞。比如，《三体》中提到的引力波通信。因为引力波在宇宙中传播的保真性强，所以这对人类通信技术而言将是一次颠覆。引力波通信不过，要实现引力波通信，人类对引力波的探测精度至少还要提高好几个数量级。

不会怎样。那就是两个黑洞撞在一起的话，就是互相吞噬，最终合二为一。

　　在一项新研究中，科学家通过新的计算方法揭示了一种假想的粒子如何产生特殊的噪声。 　　这种理论上的粒子即“引力子”（graviton），许多物理学家都相信引力子的存在，但很少有人认为我们会看到它们。这些假设的基本粒子是量子引力理论的基石，但在自然界中很难观测——或许不可能被观测。量子引力是对引力场进行量子化描述的理论，试图统一爱因斯坦的广义相对论和量子力学。 　　只有当时空结构缩小到尽可能小的尺度——如普朗克长度——时，引力子的世界才会变得清晰可见，但这需要一个能够驾驭真正极端能量的设备。不幸的是，任何能够直接探测到这种尺度的测量设备，其质量必然无比巨大，足以坍缩成黑洞。著名理论物理学家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）在2013年的一次演讲中给出了这个极限值的粗略计算，他说：“似乎大自然在协力合谋，禁止任何小于普朗克长度的距离测量。” 　　因此，按照一般的思维，引力子可能只会在宇宙最极端的地方显现，比如大爆炸前后，或者黑洞中心。“黑洞的问题在于，它们是黑色的，所以什么也出不来，”美国芝加哥大学的天体物理学家丹尼尔·霍尔兹（Daniel Holz）说，“而量子引力的东西就发生在这个中心——这就太糟糕了。” 　　然而，最近发表的几篇论文对这一观点提出了质疑。研究作者认为，引力子可能会在引力波探测器——如激光干涉引力波天文台（LIGO）——中制造可观察到的“噪音”。其中一篇论文的合著者、美国亚利桑那州立大学的宇宙学家莫利克·帕里克（Maulik Parikh）说：“我们发现，时空的量子模糊性会以某种抖动的方式印在物质上。” 　　科学家还不清楚目前或未来的引力波天文台是否具备探测这种噪音所需的灵敏度，但这些计算至少在理论上使几乎不可能的事情变得可能。研究人员通过思考引力子如何与探测器整体相互作用，为“引力子噪声”概念提供了坚实的理论基础，并让物理学家向实验证明又迈进了一步。他们希望未来的实验证据能表明，引力遵循量子力学的规则。 　　引力波的抖动 　　戴森在2013年的计算使许多人相信，利用引力波探测器来研究量子引力是不现实的。诺贝尔奖得主、麻省理工学院物理学家弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）说：“有一种默认的共识是，思考量子效应和引力辐射是在浪费时间。”事实上，直到2015年LIGO发现引力波之前，维尔切克、帕里克和亚利桑那州立大学的宇宙学家乔治·扎哈里亚德（George Zahariade）都没有认真考虑这种可能性。“没有什么比实际的实验结果更能吸引人们的注意力，”维尔切克说道。 　　科学家认为，引力子携带引力的方式类似于光子携带电磁力。正如光线可以被描绘成规整的光子集合，引力波作为由剧烈宇宙过程在时空中产生的涟漪，也可以认为是由引力子构成的。考虑到这一点，研究作者提出了一个问题：引力波探测器在原理上能否足够灵敏地观测到引力子？帕里克表示，这就相当于在问，冲浪者如何能仅从波浪的运动来判断它是由水滴构成的？ 　　与戴森只关注一个引力子的粗略计算不同，研究作者考虑了多个引力子的影响。“我们总是受到布朗运动的启发，”帕里克说道，他指的是流体中微观粒子的随机晃动。爱因斯坦利用布朗运动推导了原子的存在。同样地，许多引力子的集体行为也可能微妙地重塑着引力波。 　　最简单的引力波探测器可以视为相隔一定距离的两个质量。当引力波经过时，这两个质量之间的空间会随着引力波而伸展或压缩，使二者的距离发生相应的变化。然而，如果再增加引力子，你就会发现常见的时空涟漪中出现了新的运动。当探测器吸收并发射引力子时，其质量会随机抖动，这就是引力子噪声。这种抖动在多大时才能被探测到，最终取决于撞击探测器的引力波的类型。 　　引力场以不同的“量子态”存在，这取决于它们产生的方式。大多数情况下，引力波是在“相干状态”——比如黑洞和中子星的相互旋转和碰撞——下产生的，类似于池塘上的涟漪。像LIGO这样的探测器就是为了寻找这些传统的引力波。 　　即使是相干引力波也会产生引力子噪声，但是，正如戴森所发现的那样，这种噪声太过微弱，无法测量。维尔切克指出，这是因为探测器吸收引力子时产生的抖动，与发射引力子时产生的抖动呈现“精确的平衡”。他希望他们的计算能导致相干态产生更大的噪声，“这有点令人失望，”他说道。 　　帕里克、维尔切克和扎哈里亚德没有被吓倒，他们研究了戴森没有考虑到的其他几种引力波。他们发现，一种被称为压缩态的量子态会产生更明显的引力子噪声。事实上，引力子被挤压得越多，其噪声就会呈指数级增加。 　　他们的理论 探索 表明，引力子噪声在原理上是可以观测到的，这与普遍的看法相反。此外，如果探测到这种噪声，物理学家就有机会了解可能产生压缩引力波的奇异来源。荷兰阿姆斯特丹大学的理论物理学家埃里克·弗尔林德（Erik Verlinde）说，“他们正以一种非常严肃的方式思考这个问题，并以一种精确的语言来接近它。” 　　“我们一直认为引力子会以某种方式轰击探测器，所以会有一点抖动，”帕里克说道。他们在三年多的时间里对这种抖动进行了计算，并在最近的一篇论文中进行了总结。描述完整计算集的论文目前正在同行评议中。“当我们从数学上理解了引力子噪声如何产生时，那是一个美妙的时刻，”扎哈里亚德补充道。 　　然而，尽管压缩的光已经可以在实验室（包括LIGO实验室）里常规制造出来，但压缩引力波是否存在仍然是未知的。维尔切克猜测，在黑洞合并的最后阶段，引力场会非常强大且变化迅速，可能会产生这种挤压效应。宇宙暴胀——早期宇宙中时空迅速膨胀的时期——也可能导致这种挤压。现在，研究作者正着手建立这些宇宙学事件及其发射的引力波的精确模型。 　　“这为更加困难的计算打开了大门，这将是一个挑战，直到最后，”维尔切克说，“但好消息是，作为实验目标，这个模型会非常有趣，而且可能很接近现实。” 　　宇宙是一张全息图？ 　　对其他物理学家来说，相对于观测到宇宙中的量子源，他们更希望看到引力子噪声直接存在于动荡的时空真空中，粒子在那里会迅速出现，然后迅速消失。当这些假想粒子出现时，会导致时空在它们周围轻微扭曲，产生随机的波动，这被称为“时空泡沫”——又称“量子泡沫”。 　　在量子泡沫的普朗克尺度中，时空不再是平滑的，许多不同形状会像泡沫一样随机浮现，又随机消失。这种微小世界的能量起伏就是所谓的“量子涨落”，而在量子涨落中形成的微小通道，就是所谓的虫洞。这些量子虫洞又可以连接到周围众多的起伏泡沫。 　　下一代引力波探测器可以由航天器编队组成。图中显示的是激光干涉空间天线开路者号（LISA Pathfinder）任务团队正在为2015年12月的发射做准备。目前，该任务已经成功地测试了新一代探测器所需的技术。 　　这样的量子世界似乎无法进行实验，但事实可能并非如此。如果宇宙遵循“全息原理”，即时空结构是以3D全息图的形式呈现在宇宙视界上的二维信息结构。如果全息原理是正确的，那么像引力子这样的量子粒子就存在于低维度的表面上，并在高维时空中编码着我们所熟悉的引力。 　　在这种情况下，量子引力效应可以被放大到日常世界的实验中，比如LIGO。弗尔林德和加州理工学院的理论物理学家凯瑟琳·楚雷克（Kathryn Zurek）最近提议，可以使用LIGO或其他高灵敏性的干涉仪来观察仪器周围的量子泡沫。 　　在全息宇宙中，干涉仪位于被低维度量子表面包裹的高维时空中。表面上所有的微小波动加起来，就会产生一种大到足以被干涉仪探测到的噪声。弗尔林德说：“我们已经证明了量子引力效应不仅仅是由普朗克尺度决定的，还由干涉仪的尺度决定。” 　　如果他们关于全息原理的假设成立，引力子噪声就将成为LIGO的实验目标，甚至成为“桌面”实验的目标。2015年，在费米国家加速器实验室，一项名为“全息仪”（Holometer ）的桌面实验开始寻找宇宙是全息图的证据，但被发现存在不足。“当时的理论想法非常原始，”弗尔林德说道，并指出他与楚雷克在论文中的计算是基于自那时以来发展的更深入的全息方法。他认为，如果计算结果能够精确地预测出引力子噪声的“模样”，那它们被发现的几率就会更高——尽管仍然不太可能。 　　楚雷克和弗尔林德的方法只有在我们的宇宙是全息的情况下才会起作用，而这是一个远未建立的猜想。楚雷克自己也承认，他们对此的态度“更多的是一种狂野的西部心态。”她说：“这是高风险的，不太可能成功，但管它呢，我们对量子引力的了解太少了。” 　　未知的领域 　　相比之下，帕里克、维尔切克和扎哈里亚德的计算就建立在很少有异议的物理基础上。“我们做了一个非常保守的计算，几乎可以肯定是正确的，”帕里克说，“本质上，这只是假设存在一种叫做引力子的东西，使引力可以被量化。” 　　不过，三位研究者也承认，在确定当前或计划中的引力波探测器能否发现引力子噪声之前，还需要做更多的理论调查工作。帕里克说：“这需要几次幸运的突破。”不仅宇宙中必须存在能产生压缩引力波的来源，而且引力子噪声必须与LIGO已经探测到的其他许多噪声源区分开来。 　　“到目前为止，LIGO还没有表现出任何与爱因斯坦广义相对论的预测相违背的物理迹象，”LIGO合作小组的成员丹尼尔·霍尔兹说，“于是我们就回到了开始的地方：广义相对论太神奇了。”不过，他也指出，引力波探测器是我们在宇宙中获得新的基本性发现的最大希望，因为大部分的宇宙“完全没有在地图上标注出来”。 　　维尔切克认为，如果研究人员能够理解引力子噪声可能的“模样”，就可以调整引力波探测器来提高发现它的几率。“很自然，人们会一直专注于寻找信号，而没有想到过噪声的有趣特征，”他说，“但如果你有这种想法的话，可能就会设计一些不同的东西。”（霍尔兹指出，LIGO研究人员已经研究了一些可能的宇宙噪声信号） 　　尽管仍有挑战，但维尔切克对未来持“谨慎乐观”态度，认为他们的工作将带来可以被实验证实的预测。无论如何，他希望这篇论文能激励其他理论物理学家去研究引力子噪声。 　　“基础物理学是一门很难的学科。你可以把整件事写在一件T恤上，但却很难对它做任何补充或改变，”维尔切克说，“我不认为会有直接的结果，但这打开了一扇通向另一世界的新窗口。然后，我们就会看到我们所预测的结果。”（任天）

可能代表要出荒野大镖客的续作。RockstarGames在Twitter上发布了一张红色背景R星的Logo，没有写一个字。包括IGN在内的不少外媒推测，由于红色背景正好是荒野大镖客主视觉图的颜色，因此R星很有可能在暗示新作是荒野大镖客的续作。

　　很多人都不知道英语单词构词法的核心部分，在于词根，词根决定单词的意思。下面是我为你整理的lig词根的相关资料，希望大家喜欢! 　　lig词根 　　1.1词根：-lect-, -lig-, -leg- 　　【词根含义】：采集;诵读 　　【词根来源】：来源于拉丁语动词lego, legere, legi, lectus(采集,诵读)。 　　【同源单词】：collect, collection, collective, dialect, elect 　　2.词根：-li-, -lig-, -ly- 　　【词根含义】：捆,约束 　　【词根来源】：来源于拉丁语动词ligo, -are, -avi, -atus(捆,约束)。 　　【同源单词】：alliance, allied, liability, liable, reliability 　　3.词根：lig (li, leag, ly) = to bind, to tie 绑 　　词根lig来源于拉丁语 ligare 绑 / 约束;li,leag,ly 为 lig 的变体,同义词根有来源于拉丁语的cinct,nect/nex,strain/strict/string/stress等和来源于盎格鲁-撒克逊语的bond。此外，意为to join 的junct/join/jug也与此词根含义相似。 　　词根lig还有二个同形异源词根一个是与来源于拉丁语 lustrare 表示“光”的lust异形同义词根lig;一个是表示“选”的意思的lig。即如果不看这个词根的来源lig有“绑”、“选”、“光”的意思，但是他们的来源完全不一样，注意区别。 　　lig的同源词 　　1. alliance [捆得很近al<ad(=to,near)+li<lig(=bind)] 　　n. 同盟;联姻 　　ally v. 结盟;联姻;联合;(n.)同盟国，联盟国;姻亲 　　allied adj. 结盟的 　　In alliance with my mother, we convinced my father to buy us kids a car. 我们和妈妈联合起来说服爸爸给我们小孩子买了一辆汽车。 　　2. obligate [用力地捆 ob(= intensive)+lig(=bind)] 　　vt. sb+to do 使负有责任、义务 　　obligation n. 义务，责任 　　obligatory adj. 有义务的;必须的 　　A typical rental lease obligates the landlord to make any needed repairs. 典型的租赁合同上都规定房东有义务负责所有必要的维修。 　　3. liaison [起到捆的作用li<lig(=bind)] 　　n. 联络;私通 　　liaise n. 取得联系;充当联络人 　　I work as a liaison between top management and the union leaders. 我负责最高管理层和工会领导人之间的联络工作。 　　4. liability 　　n. 责任，义务;倾向;(pl.)债务;负债;不利(的事情) *li<lig(=bind) 　　liablity insurance 责任保险 　　liability for military service 兵役义务 　　liability to disease 易于患病的倾向 　　5. liable 　　adj. 有责任的，有义务的;可能遭受u2026的;易患u2026的 *li<lig(=bind) 　　6. league 　　n. 联盟，同望;盟约;里格(长度单位，约为3英里、5公里或3海里) v.(使)结盟，联盟，(使)订立盟约 *Leag<lig(=tie) 　　7. ligament 　　n. 系带,纽带;韧带 　　8. ligature 　　n. 带子，绳索;绷带;结扎线 　　9. oblige 　　v. 迫使;施恩于;答应u2026的请求 *ob(=to) 　　obliging neighbors 乐于助人的邻居 　　10. rally 　　n. 大会,集会;(重新)集合 v. 重新集合、聚集;召集 *r<re(=again), al<ad(=near), ly<lig(=tie) 　　political rally 政治集会 　　peace rally 和平集会 　　11. reliable 　　adj. 可靠的;可依赖的 *re(=again),li<lig(=tie) 　　reliability n. 可靠性，可信赖性 　　reliable information 可靠的信息 　　12. reliance 　　n. 信任，信赖;可依赖的人(或物)*re(=again),li(lig(=tie) 　　reliant adj. 信任的;依赖的 　　13. rely 　　v. 依靠;信赖 *re(=again),li<lig(=tie) 　　14. religion 　　n. 宗教：信仰;信条 *re(=again) 　　great religions of the world 世界主要宗教 (Christianity, Judaism, lslam,Confucianism, Taoism, Buddhism, Hinduism, etc.) 　　freedom of religion 宗教信仰自由 　　15. religious 　　adj. 宗教的，宗教上的;虔诚的;修道的;认真的， n. 修道士;修女;和尚;尼姑 *re(=again) 　　religious rites 宗教仪式 　　religious life 修行生活 　　religious man 虔诚的人 　　lig词根词缀 　　1.词根词缀：legi-, -leg-, -ligi-, -lig-, -lect-, -lectic, -lection 　　【来源及含义】Latin: read, readable [to choose words; to gather, to collect; to pick out; to read, to recite] 　　【相关描述】Closely related to lexi-, -lexia, -lexic, -lexis (Greek: a word; a saying, a phrase; speaking). 　　【相关词根词缀】 　　Related "word, words" units: 　　etym-; 　　lexico-; 　　locu-; 　　logo-; 　　onomato-; 　　-onym; 　　verbo-. 　　【同源单词】coil, collect, collectanea, collected, collectedly, collectedness 　　2.词根词缀：lig- 　　【来源及含义】Latin: tie, bind 　　【同源单词】alliance, alligate, alligation, alloy, ally, disoblige

因为在LIGO探测器和引力波观测方面做出的决定性贡献，而获得了2017年诺贝尔物理学奖。扩展资料：雷纳·韦斯，1932年9月29日出生于德国柏林，美国理论物理学家，麻省理工学院荣誉教授。巴里·巴里什是美国加州理工学院物理系林德教授。巴里什教授于1997年至2006年担任 LIGO 项目主管，领导了LIGO建设及初期运行，建立了LIGO国际科学合作，把LIGO从几个研究小组从事的小科学成功地转化成了涉及众多成员并且依赖大规模设备的大科学，最终使引力波探测成为可能。基普·S·索恩Kip Stephen Thorne是美国理论物理学家，2017年10月3日，因在LIGO探测器和引力波观测方面的决定性贡献，荣获诺贝尔物理学奖。他的主要贡献在于引力物理和天体物理学领域，很多活跃于相关领域的新一代科学家都曾经接受过他的培养和训练。索恩和英国物理学家斯蒂芬·霍金，以及美国天文学家、科普作家、科幻小说作家卡尔·萨根保持了长期的好友和同事关系。他目前担任加州理工学院费曼理论物理学教授，是当今世界上研究广义相对论下的天体物理学领域的领导者之一参考资料：百度百科-2017年诺贝尔奖百度百科-基普·S·索恩百度百科-巴里·巴里什百度百科-雷纳·韦斯

北京时间10月16日22时，在整个天文学界因一则重磅预警“炸锅”后，吊足胃口的美国国家航空航天局（NASA）、欧洲南方天文台、南京紫金山天文台、英国科技设备委员会、法国国家科学研究中心等全球数十家科学机构终于联合宣布了重大成果：从约1.3亿光年外，科学家们首次探测到壮丽的双中子星并合产生的引力波，及其光学对应体。该成果由美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）和欧洲“处女座”（Virgo）引力波探测器及全球其他70个地面及空间望远镜共同完成的。相关论文发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）、《自然》等期刊上。LIGO团队在2016年2月正式宣布成功探测到由双黑洞并合产生的引力波，完成了爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图，由此众望所归地捧走了今年的诺贝尔物理学奖。然而，这次全球共同完成对同一个天文事件的引力波与电磁波的首次联合观测，才正式标志着天文物理掀开多信使时代的新一页。清华LIGO科学合作组织工作组负责人曹军威向澎湃新闻介绍，之前LIGO和Virgo探测到4次来自双黑洞的引力波信号，在LIGO探测器的敏感频段内只能持续不到一秒的时间，然而，在8月17日探测到的这个持续了100秒，并且扫过了LIGO的整个灵敏频段——这个频段与一个普通乐器能产生的声波频段几乎相同。科学家们可以识别这个天体源的质量远比迄今观测到的所有黑洞的质量都要小得多。LIGO的数据指向了两个距离地球1.3亿光年的相互旋进的天体。数据显示这个天体系统的质量没有双黑洞大，估计为1.1~1.6倍太阳质量，恰好是中子星的质量范围。对于噪音背景的分析显示，这种强度的信号是由一致性随机噪音产生的概率低于每8万年一次。引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。时间和空间会在质量面前弯曲，时空在伸展和压缩的过程中，会产生振动传播开来，这些振动就是引力波。我们在地球上随时随地都可能遭遇来自宇宙中各种源头的引力波：两个黑洞并合、碰撞；中子星旋转、并合；超新星核塌缩等。LIGO团队此前探测到的4次引力波事件，均由双黑洞形成。全世界都在期待，中子星能出现在引力波事件中。恒星演化到末期，经由引力探索发生超新星爆炸，根据质量的不同，内核可能被压缩成白矮星、中子星或黑洞。中子星几乎完全由中子构成，是目前已知的最小、致密的恒星。一小勺中子星物质就可能重达10亿吨。双中子星系统在围绕中心旋转的过程中会不断放出引力波，导致系统能量降低，轨道缩小，并最终撞在一起，释放出强烈的引力波。在最终并合前的100秒以内发出的引力波信号正好位于激光干涉仪的灵敏频段内，因此有机会被观测到。

实在看不下去了，我本计划写论文的，我怕一审就是一年，现在公开表述光是有参考系的，反证法如果光没有参考系那么光的频移应该反映宇宙的膨胀速度和发光点相对宇宙中心点运动的矢量叠加。想找引力波就得先找引力场的对偶场，因为真空传播没有介质，有对偶场才能保证能量守恒。

一个世纪前，爱因斯坦对于时间和空间的洞见，彻底改变了我们对宇宙的认知。他对引力波、时空弯曲、时间膨胀和黑洞的预测令人兴奋。爱因斯坦认为，质量在四维时空中施加了影响。在大质量物体（如太阳或黑洞）影响下时空会发生弯曲。著名的引力场方程用数学语言的表达是，等号左边部分揭示了时空弯曲，右边部分描述了物质的分布。物理学家惠勒（John Archibald Wheeler）解释为：“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动”。而引力波就是时空弯曲的传递现象。一、引力波是如何被提出来的？爱因斯坦设想，引力源自空间弯曲。当受到引力作用的物体改变自己的形状时，它们会在空间中激起涟漪。当这些涟漪经过地球时，我们的局部空间就会随之发生波状“抖动”：被拉伸或挤压。但这种效应非常微弱，原因是引力是一个弱作用力。日常生活中的引力拉伸程度很微小，如果我们看到两辆汽车相向擦肩而过，也会发射出引力波，但仅具有无穷小的能量。即使是地球绕太阳的运动，或者是两个恒星的相互绕转，它们所发出的引力波都达不到可探测的水平。1916年6月，爱因斯坦向柏林普鲁士皇家科学院（Prussian Academy of Sciences）提交了一篇里程碑式的论文《引力场方程的近似积分》，是科学史上第一篇预言引力波的著作。爱因斯坦理论认为，引力波波源的不同就会有不同的频率和振幅。例如两个非常靠近彼此绕转的黑洞，每秒完成100圈，它们发出的引力波频率是200Hz。对于远离黑洞的观察者而言，每秒有200个波峰经过。由于引力波以光速传递，对应的波长就是1500公里。引力波的振幅是它强度的量度，是时空被拉伸和压缩的程度。振幅大小与观察者至双黑洞的距离成反比，与黑洞的质量和相互绕转的加速度成正比。如果两个黑洞螺旋式相互靠近，引力波的振幅和频率会同时增大。当时许多科学家并不关注，认为引力波即使存在也微弱到难以探测。天文学家爱丁顿（Arthur Eddington）认为，引力波只是广义相对论的一个数学上的奇异解，不具有物理意义。1955年爱因斯坦去世后不久，学界的观点开始有了转变，特别是理论物理学家皮拉尼（Felix Pirani）等人证明引力波携带能量之后。引力波从此进入真实物理现象的范畴，余下的问题便是“捕捉”它们。应当说明，引力波是“空间密度”涟漪的三维传播，即在空间所有方向上传播，只不过在某个方向上可能比其它方向更强。任何天体对引力波的传递都是透明无阻碍的。将引力波形象化的直观方法是：引力波的空间密度涟漪，与穿过一块轻轻抖动的果冻极为相似，这里果冻代表空白空间。二、引力波又如何被探测和证实？2016年2月11日，美国引力波天文台在华盛顿特区的新闻发布会上宣布，LIGO（Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory）探测器“捕捉”到了引力波。该引力波来自距我们13亿光年的两个黑洞的碰撞，并被命名为GW150914。LIGO是加州理工学院理论物理教授索恩（Kip Thorne）和他的同事物理学家韦斯（Rainer Weiss）、德雷佛（Ronald Drever）的智慧结晶。LIGO项目有两台大约相距3000公里远的相似的探测器，一台在华盛顿州的Hanford，另一台位于路易斯安那州的Livingston。它们有极高的灵敏度，时间的测量精度为10^-18秒。被LIGO探测到的首个引力波信号，来自遥远的双黑洞事件。这列波在太空以光速前行，大约在10万年前闯入我们的星系，一边在银河系中朝地球而来，一边向恒星和行星发射微小的信号。2015年9月14日，世界时间09:50:45，首个引力波到达地球，在不到1秒的时间里，地球被这列时空涟漪拉伸和压缩了10^21分之一，大小只有一个质子直径的万分之一。地球上的一切也随之伸展和收缩。LIGO探测器记录下了这次微小的振动。很快，一切又恢复平静。引力波继续向更远处前行，1.3秒后它经过了月球轨道，几小时内它就离开太阳系，继续扭曲着它前行途中的一切。这个名叫GW150914的引力波振幅与时间关系图显示，其信号的真实测量值与基于质量分别为36个和29个太阳质量的双黑洞合并的理论“预测”值几乎完美吻合。这听起来像魔法，但却是严谨的科学。LlGO组织解释说，随着双黑洞的靠近，相互绕转速度加快，强大的加速度使引力波振幅增大，轨道周期变短意味着频率变高。最终两个黑洞以极高速度瞬间合并为一个更大的黑洞，大约为太阳质量的62倍，其余3倍太阳质量被转化为时空曲率的能量（E=mc^2），以巨大的引力暴的形式被发射出去。黑洞使得周围时空弯曲，时空曲率代表了一定的能量。按广义相对论，能量等价于质量，因此能量产生了额外的弯曲。此后，又有多个引力波被记录下来。例如，第二个引力波信号GW151226，其波形与两个分别为14.2倍和7.5倍太阳质量的黑洞合并的预期理论波形契合，它源自距地球14亿光年之遥的双黑洞合并事件。今天，新一代更强大的引力波探测器aLIGO已经在测试运行中。以“室女座星系团”命名的意大利Virgo探测器已加入了LIGO-Virgo联合系统。欧航局的LISA开路者号已发射升空，计划在太空探测引力波，它更像是LIGO的空间版本。日本国立天文台的KAGRA神冈引力波探测器在今年与LIGO-Virgo合作探索，欧洲万有引力天文台的GEO600也已加入其中。印度的“LIGO-印度”探测器计划在2024年投入运行。中国科学院也制订了名为“空间太极”的空基探测计划，将在2030年前后发射引力波卫星组，拟进行太空引力波直接探测。这标志着我国的天文学研究达到了新的高度。

博科园科学旗舰店 而本世纪头十年，中子星合并过程中会出现短爆(持续不到几秒)。两年前，LIGO和Virgo引力波探测器观测到了引力波，NASA费米(Fermi)和ESA的Integral两颗卫星也观测到了短暂爆炸，戏剧性地证实了这一点。关于这些伽马暴仍然有许多谜团，特别令人困惑的是高能辐射是如何产生的。 NASA尼尔·盖恩斯·斯威夫特卫星上的伽马射线探测器探测到了GRB 190114C，这是45亿年前发生在遥远星系的一次明亮爆炸。位于西班牙拉帕尔马的Roque de los Muchachos天文台切伦科夫探测器，在Swift的触发下，转向了爆炸的位置，发现了来自爆炸的超高能量光子(TeV能量)。 超高能量的TeV光子是在瞬间发射后约50秒被观测到，处于所谓的“余辉”阶段，其能量至少是之前从任何爆炸中探测到最高能量光子的10倍。尽管如此，来自下诺夫哥罗德应用物理研究所的叶夫根尼·德里舍夫教授和耶路撒冷希伯来大学的Tsvi Piran教授将这些数据与尼尔·盖恩斯·斯威夫特对低能量(x射线)光子的观测相结合，揭示了发射机制的细节。 在2019年8月1日发表在《天体物理学》上的一篇研究论文中，天文学家指出，辐射一定来自于以0.9999倍光速向发射的喷流。高能辐射是由电子加速到喷流内部的TeV级能量而发射。发射过程也可以确定：这是所谓的“逆康普顿机制”，其中超高能电子与低能光子碰撞，并提高能量。值得注意的是，同样的相对论电子也通过同步辐射产生低能量的“种子”光子。 MAGIC已经发现了Rosetta伽马射线爆发，这种独特探测让科学家们首次能够区分不同的发射模型，并发现爆炸的确切条件。现在也能理解为什么过去没有观测到这种辐射。未来的切伦科夫望远镜，比如计划中的切伦科夫望远镜阵列，一个正在建设中的跨国项目，将比MAGIC更加敏感。目前的发现表明，未来还会发现许多类似事件，并将继续揭示这个宇宙之谜。 博科园｜研究/来自：耶路撒冷希伯来大学 参考期刊《天体物理学》 DOI: 10.3847/2041-8213/ab2d8a 交流、探讨、学习、科学圈

北京时间16日晚22时，包括我国在内的多国科学家宣布，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时“看到”由这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。据科学家介绍，2017年8月17日，美国激光干涉引力波天文台(LIGO)发现一个新的引力波信号GW170817。这个信号是一个由双中子星合并产生的引力波。全球约70个地面及空间望远镜从红外、X光、紫外和射电波等多个波段开展后续观测。这其中，也包括中国架设在昆仑站的南极巡天望远镜AST3-2。仅仅在LIGO观测到引力波信号后的1.7秒，美国费米太空望远镜探测到名为GRB170817A的伽马射线暴。“费米几乎在同一时间观测到伽马射线暴，让我们更加兴奋，也更有紧迫感。”加州理工学院LIGO数据分析小组负责人艾伦?温斯坦教授回忆说。LIGO和费米在遇到强信号时，会自动向天文界发送警报。这是一场与时间的赛跑，世界范围内的望远镜后续观测随即启动。大约11个小时后，位于智利的斯沃普望远镜率先观测到此次信号的光学对应物——位于一个叫NGC4993星系的双中子星系统。AT3-2独立收集到的数据，科研人员还计算出，此次两颗致密中子星合并的过程共抛射出超过3000倍地球质量的物质，这些物质携带有巨大能量，抛射速度达到0.3倍光速。引力波也被称为“时空的涟漪”。1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言，剧烈的天体活动会带动周围的时空一起波动，这就是引力波的由来。此后百年间，科学界一直在寻找引力波的存在。此前，人类已经发现4例由双黑洞合并产生的引力波。

引力悖论： 爱因斯坦曾经说过，地心引力是不存在的，广义相对论认为引力的本质是时空扭曲。 早在1919年，英国科学家爱丁顿的领导的科研团队，观察到日食时可以看到本应该被太阳遮住的星星，一举证明了爱因斯坦的结论。 然而到目前为止，现代物理学已达成共识，认为宇宙有四种基本力：强力、弱力、电磁力和引力。 其中“引力”赫然坚挺在四大基本力中。 甚至有人把四大基本力中的强力、弱力、电磁力，都归结为量子场论中。 唯独引力，独树一帜的“存在”着。 那就奇怪了，爱因斯坦明明说地心引力不存在，为什么现代物理学仍认为引力存在呢？ 到底我们应该相信谁？ 爱因斯坦是理论物理学界的大神，他创立的相对论一再被证明。 那现代物理学为什么完全忽视爱因斯坦的意见呢？ 据说爱因斯坦一生都不太愿意接受量子理论，可是“引力”似乎也不是量子理论研究的主要范畴啊。 相反“引力”理论是广义相对论里面非常重要的一部分。 在两个权威理论面前，到底我们应该信谁呢？ 引力到底存不存在？ 我们一定还记得2016年，美国的LIGO探测器，首次探测到了真实的引力波。 而引力波的预言者，正是爱因斯坦。 那就非常奇怪了！ 爱因斯坦不是说地心引力不存在吗？为什么还预言有引力波呢？ LIGO除了探测到引力波，还证明了引力波是以光速传播的。 也就是说，至少“引力”是存在的。 进一步看相对论，爱因斯坦不单只是提出了引力波，还曾提出过引力场、引力子的概念。 大神也打脸？ 爱因斯坦不是说过地心引力不存在吗？为什么还能预言有引力场呢？ 这不是打脸打到啪啪响吗？让我们后辈情何以堪？ 广义相对论第一次被证明的1919年到现在都100年了。 难道就没人发现爱因斯坦在打脸吗？ 牛顿vs爱因斯坦 我们看看更早的故事。 历史 上，最早提出“地心引力”、“万有引力”概念的，是牛顿。 牛顿认为任何有质量的物体，都会有“万有引力”。 “万有引力”是把另外一个物体拉近自己的力量。 而且物体本身质量越大，把另外一个物体拉向自己的力就越大。 地球的质量非常大，所以它就可以把在地球表面和附近的物体，通过“万有引力”都吸引过来，于是产生了重力。 牛顿还给出了一个准确计算“万有引力”的公式，这个公式沿用至今。 这是学物理学告诉我们的。 但中学物理还有一点没有讲，牛顿对于“万有引力”的定义，还有一个非常关键的点： 牛顿认为万有引力，是“超距作用”！ 也就是说，无论距离多远，万有引力都可以马上发挥作用。 假设地球距离银河系中心1万光年，如果银河系中心突然消失，那银心对地球的引力马上就消失了。 我们知道，如果银心突然消失，导致的光线的变化，也需要1万年，才能传递到地球。 牛顿的理论认为引力的改变马上就传递到了地球； 而爱因斯坦理论，却认为引力没有超距作用，引力是以光速传播的。 这其实就是牛顿“万有引力”理论和爱因斯坦理论最大的区别。 真相只有一个： 这样一看，我们大概就可以明白，为什么爱因斯坦说地心引力不存在了。 “地心引力”“万有引力”的概念，是专指牛顿提出来的，具有超距作用的“万有引力”和“地心引力”。 而爱因斯坦的理论，却认为引力没有“超距作用”，而是以光速传播。 所以爱因斯坦说“地心引力不存在”，就是专指具有超距作用的“万有引力”或“地心引力”不存在；而不是说“引力”不存在。 也就是说爱因斯坦说“地心引力不存在”，只是为了“暴打”牛顿，而不是说“引力”不存在。 指尖 科技 说我发现，然而时至今日，还是有很多人混淆了“万有引力”和“引力”的概念。 对定义的理解模糊，或者误会而致无法理解，这大概就是很多人读不懂相对论，甚至是看不懂其他科学理论的原因吧。

本文刊载于《三联生活周刊》2018年第18期，原文标题《宇宙中的“标准笛声”》探测到来自宇宙深处的引力波，对于人类到底有什么用处？这是人们经常会问到的一个问题。 人类在地球表面，通过一对长达4公里的相互垂直的干涉臂，通过激光的干涉现象探测到时空自身所发生的极小尺度的变化，这本身就是一个了不起的成就，而它的意义当然远不止于此。探测到引力波信号，相当于人类又拥有了一个极其灵敏的感官，人类从此多拥有了一种方式来感知这个宇宙的存在，这也必定会对天文学研究产生深远影响。 在20世纪20年代，埃德温·哈勃（Edwin Hubble）做出了开创性的发现，所有星系都在离我们远去，这意味着整个宇宙都在膨胀，而且天体远离地球的速度与其和地球的距离成正比，这个比例的系数被称为哈勃常数（Hubble Constant）。正是这个发现让人类认识到宇宙存在着一个开端。 进入21世纪以后，人类又意识到宇宙不仅在膨胀，而且是在加速膨胀。问题在于，宇宙膨胀的速度到底有多快？这可以说是目前宇宙学研究最重要的问题之一，因为它不仅关系到人类理解宇宙发展的 历史 ，还关系到宇宙的未来，以及推动着宇宙加速膨胀的暗能量的真实身份。 人类已经习惯于通过星光来认识宇宙。通过检查接收到的星光的红移就可以计算出星系远离地球的速度（这也正是哈勃判断出宇宙正在膨胀所使用的方法），但更难的地方是如何测量这些星系距离我们的实际距离，想要知道星系与地球之间的确切距离，就需要对哈勃常数进行精确测量。测量这个常数，人类主要有两种手段，可通过这两种方式得出的数值却并不一致。 天文学家们测量宇宙中天体距离地球的距离，目前最常用的手段就是“标准烛光”（Standard Candle）方法。人们已知某几种天体因为其结构特征比较一致，亮度相当恒定，因而得名“标准烛光”。当人类通过望远镜观测到这些天体时，因为它们与地球的距离不同，看上去亮度有所差异。通过这种观测到的亮度，再与其在理论上的真实亮度相对比，天文学家就可以计算出这些标准烛光与地球的真实距离。正是利用这种方法，天文学家们测定了哈勃常数的数值：每相隔326万光年（100万秒差距）的距离，星系退行的速度就会增加大约73.5公里/秒。但是在2015年，天文学家们通过在地球轨道上的普朗克卫星对宇宙微波背景辐射进行了精细测量，而利用这种方法得出的哈勃常数的数值为每相隔326万光年的距离，星系退行的速度会增加大约70公里/秒——两者的差距不可谓不大。 问题到底出在哪里，分歧从何而来？天文学家们认为，或许两种方法都不是非常精确。例如通过“标准烛光”方法来判断天体的距离，虽然在理论上被用作标准烛光的天体亮度值得信赖，但是在地球上进行观测，它的亮度不但会受到距离的影响，而且还会受到天体周围环境的影响。在星光传播过程中受到的宇宙灰尘和气体的干扰，都会降低探测的准确性。而另一方面，通过普朗克卫星探测的宇宙微波背景辐射情况来判断哈勃常数，其理论依据是所谓的“标准宇宙模型”，这个模型囊括了暗能量、暗物质和可见物质，可以说体现了目前人类对宇宙整体状态的认知，但它是否能够准确描述宇宙的全貌？对宇宙状态了解的不充分，同样会影响对哈勃常数的测定。 用两种方法测量哈勃常数结果却得出了不同的数值，那么怎样才能获得最准确的数值？引力波探测开启了一条新路，这有可能为天文学家提供一个前所未有的精确测量天体距离的手段。可以说，通过引力波探测进行天文学研究，其中最大的用处就在于测量出宇宙膨胀的速度到底有多快，以及宇宙膨胀的 历史 。人类甚至有可能通过引力波研究得知宇宙究竟为什么膨胀。 实际上，早在30多年前，就已经有天文学家展望人类有可能利用引力波来解决天文学问题。1986年9月，英国卡迪夫大学的天文学家伯纳德·舒茨（Bernard Schutz）在《自然》杂志发表论文《通过引力波观测确定哈勃常数》（Determining the Hubble Constant from Gravitational Wave Observations），他在论文中提出，人类可以通过引力波探测来解决一个困扰了天文学家许久的重要问题——宇宙膨胀的速度到底有多快。 这样一篇论文在理论上虽然无可挑剔，但因为当时人们仍然不知道是否真的有可能探测到引力波信号，所以它也就如同屠龙之技，没有太大的实际意义。当引力波信号被发现之后，这篇30多年前的论文的真正价值便体现了出来。通过引力波进行天文学测量，是一种全新的、独立的方法，因此它可以成为判断此前两种方法有效性的一个标准，而且在理论上它的精度可以超过其他方法。 引力波通过时空本身以光速传播，在传播过程中不会受到环境的干扰，因此通过引力波来判断天体距离，精度要高于标准烛光方法。如果说通过星光进行宇宙学探测属于光学范畴，那么引力波在频率范围内更接近于声音（人们甚至可以直接把引力波信号作为音频播出），因此，仿照着“标准烛光”概念，天文学家们又提出了“标准笛声”（Standard Siren）概念，也就是通过探测到的引力波信号的强度来判断天体与地球的实际距离。 目前人类已经观测到了5次两个相互环绕的恒星级黑洞系统在合并过程中所发出的引力波信号，这也成为“黑洞”这种天体在宇宙中真实存在的最直接的证据。但更令天文学家们感到兴奋的是，在2017年8月，LIGO观测到了两颗中子星在合并过程中所发出的引力波。与黑洞在合并过程中完全不可见不同，这次被命名为“GW170817”的距离地球1.3亿光年之外发生的中子星合并事件，不仅释放出了引力波，还释放出大量的伽马射线。天文学家们得以通过多种手段观测同一个宇宙学现象，并且通过估算信号的原有强度与其被探测到的强度进行对比来判断其与地球的距离。 天文学家们急于通过引力波信号来测量天体的精确距离，并且为此前进行测距的两种天文学方法充当裁判，但是问题在于，目前人类所获得的引力波数据还太少，人们只能根据目前掌握的唯一一个中子星合并的引力波数据计算哈勃常数，结果发现得出的数值是每相隔326万光年的距离，星系退行的速度就会增加大约66.9公里/秒——这个数值恰好介于通过前述两种方法所得出的两个数值中间。人们相信这样的误差将随着逐渐积攒中子星合并的引力波信号而越来越小，因此天文学家们急切盼望着能够再次探测到中子星合并的引力波信号，以不断修正以此计算出的哈勃常数。 不仅是用来测量天体与地球之间的距离，引力波信号中还藏着更多的信息。无论是在天文学领域还是在基础物理学领域，科学家都希望能够通过研究引力波信号建立更加准确的模型。例如物理学家们非常希望了解中子星的内部结构。这种天体是除了黑洞之外宇宙中最为致密的物体，了解它们的内部结构对于物理学研究的意义重大。中子星合并过程中发出的引力波信号正蕴含着这种重要的信息。 在“GW170817”中子星合并事件的观测过程中，天文学家们记录了长达100秒的引力波信号，但是最终却因为其频率过高，超出了装置的探测范围而错过了重要的一部分。正因为如此，人们才急于积攒更多的中子星合并引力波信号。例如一颗中子星到底有多大，物质究竟能够被压缩到什么程度？一些宇宙中的伽马射线爆发从何而来？一些重元素到底是如何产生的？这些问题都可能从引力波信号中得到答案。 另一方面，两个相互围绕旋转、最终合并在一起的恒星级双黑洞系统到底是如何产生的？它们究竟是先由燃烧殆尽的恒星发生爆发而形成黑洞，之后在引力的作用下相互靠近，还是原本两个相互围绕旋转的恒星逐渐燃尽而成为黑洞，双星系统转变为双黑洞系统？天文学家们也希望在积攒了足够多的黑洞合并引力波信号之后，通过判断它们此前的自旋状况对此做出判断。 从人类第一次探测到引力波信号算起，引力波天文学时代刚刚开启了3年时间，一切都刚刚开始。也正是如此，人们才对它充满希望。天文学家希望通过引力波来了解宇宙从诞生到现在的发展 历史 ，了解星系形成、合并和发展的过程，了解宇宙膨胀的整个原因和过程，并绘制出整个宇宙的黑洞地图。 不仅如此，天文学家们还希望通过引力波预测整个宇宙的未来、探明暗能量的本质，由此了解宇宙是否会永远加速膨胀。 想要实现这些远大目标，人类现有的引力波探测手段还远远不够。除了位于美国的两个LIGO引力波探测器之外，欧洲六国合作建造的VIRGO引力波探测器也已经成为人类进行引力波探测的重要装置。科学家们目前正在加强LIGO和VIRGO探测器的灵敏度。日本也正在地下建设臂长3公里的神冈引力波探测器（KAGRA），这个探测器在位置上可以与LIGO和VIRGO形成互补。越来越多的引力波探测装置将逐渐在地球上形成一个引力波探测网络，但最被人们寄予厚望的，当属欧洲空间局（ESA）正在建造的激光干涉空间天线（LISA）。LISA计划将在21世纪30年代开始工作，在太空中以远超地球引力波探测装置的尺度探测另一个领域的引力波信号。 在地球上的引力波探测器，因为受到其尺度和周围噪声的限制，适合探测高频范围（10赫兹到1000赫兹）的引力波信号，无法探测更低频率范围的引力波信号。而将在太空中工作的LISA将探测0.00002赫兹至0.1赫兹之间的低频引力波信号。在太空中，三个彼此相距250万公里的探测器形成一个三角形，之间通过激光进行联系，相互合作进行低频引力波探测。 在这个频率范围内，人类将有可能观测到远超恒星级黑洞的巨型黑洞合并过程。例如我们知道在很多星系的中心都有一个质量相当于数十亿个恒星的超巨型黑洞，如果两个星系彼此进行碰撞合并，这样规模的两个超巨型黑洞在合并过程中就将发出低频引力波信号，而这样的信号从本世纪30年代开始就有可能被LISA探测到。观测到超巨型黑洞的合并过程，人们必将更清晰地理解整个宇宙的进化 历史 ，以及星系的发展史——考虑到宇宙中数以千亿计的星系数量，有天文学家预测，在LISA开始工作之后，或许每年都能探测到几次这样惊人的星系合并过程。 正是因为LISA探测器具有超高灵敏度，人们可以想象，当它开始工作后，会立刻发现看似安静的宇宙中实际上充满了各种各样嘈杂的噪声，热闹非凡。LISA将会“听到”宇宙中各种天体无休无止发出的各类引力波信号，其中会有很多是来自宇宙悠远的过去，甚至是发自宇宙的开端。整个宇宙的发展史将以引力波的方式向人类展示出来。 正是因为其造价昂贵而且意义重大，欧洲空间局首先在2015年发射了激光干涉空间天线“开路者号”（LISA Pathfinder），用以测试这个想法的可行性。在地球轨道上，两个质量为2公斤的方块在没有重力影响的条件下彼此相距38厘米，通过激光相互联系。经过一年多的测试，结果显示这种实验方式的可靠性超出了人们的预期。如无意外，LISA将在2034年升空，届时人类将开启引力波天文学的又一个全新时代。 宇宙到底是什么形态，取决于人类通过怎样的方式去观察。一方面它寒冷，空旷，寂静，另一方面它又是嘈杂无序的，充满了各种可能和秘密。人类所想象的宇宙，包含了时空本身，包含了一切的物理实在，也包含了一切的可能性。人类希望理解宇宙的开端，同样也希望能够预测宇宙的未来。尽管这个目标现在看起来仍然显得遥遥无期，但引力波天文学的兴起，不仅会让我们对 探索 宇宙的未来更加乐观，也会对人类文明的未来和理性的力量更加乐观。 （本文写作参考了《自然》杂志的报道）

2016年2月11日举办的新闻发布会上，美国国家自然科学基金会携加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的专家向全世界宣布，美国的LIGO（激光干涉引力波观测站），美国科学家首次探测到了被预言百年的 “引力波”，轰动了全世界。而在发现引力波的团队中，有一位来自中国广州的留学生 “罗家伦”，与团队负责人Nelson Christensen教授一起参与了这次新闻发布会。当然，最兴奋的并不是引力波，而是这个听起来无比炫酷的研究团队里有个来自中国的本科在读留学生罗家伦。罗家伦这个名字本身就很霸气，这位戴眼镜的少年有一个同名前辈，乃是民国年间出身北大、为五四运动命名的清华校长罗先生。在美国科研人员2月11日举行的发现引力波的新闻发布会上，来自中国的留学生罗家伦作为发现引力波团队的重要成员之一和发现论文合作作者之一，与团队负责人Nelson Christensen教授一起接受了媒体的采访。罗家伦现就读美国卡尔顿学院(Carletoncollege)四年级，主修专业高级物理，是广东客家人，其中学就读于广州市天河中学，是广州天河区2012年高考英语状元。当年，他曾同时被美国卡尔顿学院和中山大学录取。罗家伦介绍说，上述仪器探测到了成千上万的数据，他所在小组的50多个人通力合作，运行程序来分析探测的引力波候选信号哪些是引力波。他们通过统计分析，寻找统计显著的数据，最终找到信度高达99.99995%的引力波。进入美国卡尔顿学院就读后，2013年大二暑假，罗家伦就已经跟随研究团队开始了寻找“引力波”的历程。在LIGO（激光干涉引力波观测站）升级之前，他已经尝试进行了寻找第五次和第六次数据中的引力波；设备升级后，他将重点放在寻找引力波的光谱对应物，力图提升引力波的信度。功夫不负有心人，在团队的协作下，他们终于找到了引力波，证实了爱因斯坦100年前的预言。

引力波是爱因斯坦在广义相对论中提出的，即物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。通俗地说，可以把它想象成水面上物体运动时产生的水波。但是，只有非常大的天体才会发出较容易探测的引力波，如超新星爆发或两个黑洞相撞时，而这种情况非常罕见。因此，相对论提出一百多年来，其“水星进动”和“光线偏转”等重要预言被一一证实，而引力波却始终未被直接探测到。概况引力波在广义相对论里，是时空本身的涟漪，是由带质量物体的加速度运动所生成。由于广义相对论限制了引力相互作用的传播速度为光速，因此会产生引力波的现象。相反地说，牛顿重力理论中的相互作用是以无限的速度传播，所以在这一理论下并不存在引力波。在1916年 ，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。1974年，拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒发现赫尔斯－泰勒脉冲双星。这双星系统在互相公转时，由于不断发射引力波而失去能量，因此逐渐相互靠近，这现象为引力波的存在提供了首个间接证据。2016年2月11日，LIGO科学团队与处女座干涉仪团队共同宣布人类对于引力波的首个直接探测结果，其所探测到的引力波是源自于双黑洞并合。2017年，莱纳·魏斯、巴里·巴利许与基普·索恩因成功探测到引力波，而获得诺贝尔物理学奖。2017年10月16日，全球数十家科学机构联合宣布，从约1.3亿光年外，科学家们首次探测到壮丽的双中子星并合产生的引力波，及其光学对应体。主要性质引力波以波动形式和有限速度传播的引力场。按照广义相对论，加速运动的质量会产生引力波。引力波的主要性质是：它是横波，在远源处为平面波；有两个独立的偏振态；携带能量；在真空中以光速传播等。引力波携带能量，应可被探测到。但引力波的强度很弱，而且，物质对引力波的吸收效率极低，直接探测引力波极为困难。曾有人宣称在实验室里探测到了引力波，但未得到公认。天文学家通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在。例如，双星体系公转、中子星自转、超新星爆发，及理论预言的黑洞的形成、碰撞和捕获物质等过程，都能辐射较强的引力波。我们所预期在地球上可观测到的最强引力波会来自很远且古老的事件，在这事件中大量的能量发生剧烈移动（例子包括两颗中子星的对撞，或两个极重的黑洞对撞）。这样的波动会造成地球上各处相对距离的变动，但这些变动的数量级应该顶多只有10-21。以LIGO引力波侦测器的双臂而言，这样的变化小于一颗质子直径的千分之一。测量工具LIGO和GEO 600是用来测量引力波即时空结构中的波动的工具。引力波非常难以测量，因为当他们到达地球的时候已经变得非常弱了。LIGO和GEO 600通过测量两条激光束相遇的时候所形成的干涉图样的变化来探测引力波。这些图样依赖于激光束的传播距离，当引力波穿过时激光束的传播距离会相应变化。这种称之为激光干涉计的探测器的灵敏度，是与激光传播的距离成比例的。因为探测器需要寻找的是很微弱的信号，所以需要LIGO和GEO的尺寸相当大。发现意义引力波的发现验证了广义相对论最后一个未被实验直接检测的预言，但引力波带来的认知革命绝不止步于此。引力波为我们打开了除电磁辐射（光学、红外、射电、X射线等）、粒子（中微子、宇宙线）之外，一个全新的窗口——我们从未能够以这样的方式观察宇宙。在引力波这个新窗口中，我们不再是以电磁场、物质粒子作为观察宇宙的凭借——我们感受的，是时空本身的颤动！LIGO的直接探测到的第一例引力波事件（据说）来自两个恒星质量黑洞的并合。两个黑洞并合前，会在与彼此的绕转中搅动周围的时空，向四周散发出涟漪般的引力波。这些引力波带走了一部分双黑洞系统的引力势能，让两个黑洞越绕越近、越近越快。而两个黑洞最终并合之后，融合成的大黑洞会经过几下“摇摆”，才会融成完美的球形。

【引力波的发现时间】在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。【引力波】在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了引入了相互作用的传播速度有限的概念。相比之下，引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中，因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。各种各样的引力波探测器正在建造或者运行当中，比如 advanced LIGO(aLIGO)从2015年9月份开始运行观测。可能的引力波探测源包括致密双星系统（白矮星，中子星和黑洞）。

2020年对于我国的航天事业来说真的是不平凡的一年，我们的北斗导航系统全球组网完成，还发射了火星探测器，并且在最近四十多年的时间里首次为人类带回月球土壤，这让我国的航天事业震惊了全世界。 不过，我们并没有停止脚步，而是再接再厉，继续着不断的突破，追求更高的成就。即使是在最高精尖的领域，我们也已经紧锣密鼓，准备引领世界的天文 探索 ，比如引力波。 105年前，爱因斯坦发表了著名的广义相对论。这个伟大的理论暗含着一个预言，那就是引力波。任何天体在宇宙中运行的同时，都会凭借自身的质量造成时空的涟漪，这就是引力波 。普通的天体所产生的引力波非常微弱，而像黑洞并合、中子星相撞这样的极端宇宙事件，是探测引力波的绝佳对象，同时引力波也是我们了解这些极端事件中一些细节的最完美工具。 这个预言提出了一百年，科学家都没有取得什么有效的进展。2014年的时候，中国科学院罗俊院士首次提出了我们要探测引力波的想法。2015年7月，这个计划在中山大学被正式提出，这就是今天我们所说的 天琴计划 。说起来，这个名字不仅好听，而且非常“应景”，引力波就像琴弦一样会振动，也需要懂的人才能聆听。 说起来也巧，就在这个时候，美国的 激光干涉仪引力波天文台 （LIGO）在人类 历史 上首次探测到了引力波的存在，证实了爱因斯坦的预言。而2017年的诺贝尔物理学奖，也是颁发给了发现引力波的三位科学家。 引力波的成功探测，为人类的天文学发展打开了一扇新的大门。通过引力波，我们不仅可以 探索 双黑洞、双中子星等致密星碰撞时所透露的细节，还可以了解宇宙演化的秘密、探测超大质量黑洞的一些信息。因此，发展引力波探测技术，对于一个天文大国来说，势在必行。 实际上，我国也不止提出了这一个引力波探测计划。在2016年的时候，中国科学院提出了空间 太极计划 ，计划在2033年的时候发射三颗卫星来进行引力波探测，而且在去年8月31日就已经发射了“太极一号”卫星；另外，中科院高能物理研究所还提出过一个 阿里计划 ，旨在通过建设与西藏阿里地区的一台射电望远镜实现对引力波的探测。 说起来，天琴计划和太极计划类似，也是在太空中进行的引力波探测项目。而此前美国的 LIGO 和位于意大利的 VIRGO 这两个引力波探测天文台，都是建设在地面上的。和地基引力波探测天文台相比，太空中能够探测到的波段要更广，可以让我们观测到更多的极端天体和极端天文事件。 与此同时，美国也在尝试建设天基引力波天文台，那就是 激光干涉空间天线 （LISA），计划发射三颗卫星到太空中探测引力波。不过，由于登月计划等项目耗资过巨，导致LISA的经费有些吃紧。因此，虽然预定在2034年完成组建，但这个项目到底能不能按时完成，仍然是个未知数。 根据计划，天琴项目的三颗卫星也会在2035年完成组网，并且已经于2019年12月20日完成了试验星“天琴一号”的发射。 读到这里你可能已经发现了一个有趣的问题：为啥这些天基引力波探测天文台都要发射三颗卫星呢？ 这是因为， 目前我们更多的是通过干涉的方法来进行引力波的探测，这就需要不止一个卫星来接收引力波信号，然后通过数据处理才能让科学家得到我们需要的信息 。无一例外地，这些天基引力波探测天文台都需要三颗卫星，在地球上的太空组建成一个等边三角形来进行探测。根据计划，三颗卫星都会运行在地球上空10万公里处，这意味着这个等边三角形的边长将达到17.3万公里。 据介绍，天琴计划将在2035年之前完成四大阶段任务，展开引力波的探测： 在今年6月，位于 中山大学珠海校区内“天琴计划”山洞长达1108米的超静实验室隧道全线贯通，该项目的科研设备都将集中在这里，科学家们会在这里进行数据分析。随着天琴一号的发射升空，科学家们也会进行一些初步的实验。根据计划，天琴二号将在2025年发射升空。 尽管在引力波探测方面，美国和欧洲已经先行一步，但是我国的引力波探测项目绝对不是拾人牙慧，而是对他们的超越。包括美国专家在内的许多业内人士都认为， 我国的天琴计划和美国的LISA相比，绝对是有过之而无不及 。 从设计方面来看， 天琴计划能够探测到的波段是LISA的10倍左右。它可以持续观测低频段的连续型引力波进行探测，这是目前的LIGO和未来的LISA力所不能及的 。而在高频波段上，科学家们也预测天琴可能会略占上风；即使是中频波段范围内，天琴也能和LISA分庭抗礼。 当然，由于这两个项目都还没有完全实现，现在的猜测也为时过早。不过，天琴计划的确有可能成为我国在天文探测领域追赶甚至反超美国的希望，因此也被寄予厚望。 这样的竞争是好的，有追赶才有超越，有压力才有动力，这可以更好地促进人类 科技 的发展，所以一个理性的科学工作者是不会仅仅因为超越和被超越而过于激动。毕竟，人类的进步需要每一个国家的力量。未来，当人类的引力波探测取得重大突破的时候，或许还要感激今天的良性竞争呢~ 相关阅读：在黑洞的边界，相对论与量子力学相互矛盾，相对论可能需“修正”

这个应该算是一个机密问题了吧，一般人咋知道

在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。相比之下，引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中，因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。各种各样的引力波探测器正在建造或者运行当中，比如 advanced LIGO(aLIGO)从2015年9月份开始运行观测。可能的引力波探测源包括致密双星系统（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号 。2016年6月16日凌晨，LIGO合作组宣布：2015年12月26日03:38:53 （UTC），位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号；这是继 LIGO 2015年9月14日探测到首个引力波信号之后，人类探测到的第二个引力波信号。2017年10月16日，全球多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。2017年12月，入选“汉语盘点2017”活动年度候选字词五大候选国际词。在爱因斯坦的广义相对论中，引力被认为是时空弯曲的一种效应。这种弯曲是因为质量的存在而导致。通常而言，在一个给定的体积内，包含的质量越大，那么在这个体积边界处所导致的时空曲率越大。当一个有质量的物体在时空当中运动的时候，曲率变化反应了这些物体的位置变化。在某些特定环境之下，加速物体能够对这个曲率产生变化，并且能够以波的形式向外以光速传播。这种传播现象被称之为引力波。当一个引力波通过一个观测者的时候，因为应变(strain)效应，观测者就会发现时候时空被扭曲。当引力波通过的时候，物体之间的距离就会发生有节奏的增加和减少，这个频率对于这了引力波的频率。这种效应的强度与产生引力波源之间距离成反比。绕转的双中子星系统被预测，在当它们合并的时候，是一个非常强的引力波源，由于它们彼此靠近绕转时所产生的巨大加速度。由于通常距离这些源非常远，所以在地球上观测时的效应非常小，形变效应小于1.0E-21。科学家们已经利用更为灵敏的探测器证实了引力波的存在。目前最为灵敏的探测是aLIGO，它的探测精度可以达到1.0E-22。更多的空间天文台(欧洲航天局的eLISA计划，中国的中国科学院太极计划，和中山大学的天琴计划)目前正在筹划当中。引力波应该能够穿透那些电磁波不能穿透的地方。所以猜测引力波能够提供给地球上的观测者有关遥远宇宙中有关黑洞和其它奇异天体的信息。而这些天体不能够为传统的方式，比如光学望远镜和射电望远镜，所观测到，所以引力波天文学将给我们有关宇宙运转的新认识。尤其，引力波更为有趣的是，它能够提供一种观测极早期宇宙的方式，而这在传统的天文学中是不可能做到的，因为在宇宙再合并之前，宇宙对于电磁辐射是不透明的。所以，对于引力波的精确测量能够让科学家们更为全面的验证广义相对论。通过研究引力波，科学家们能够区分最初宇宙奇点所发生的事情。原则上，引力波在各个频率上都有。不过非常低频的引力波是不可能探测到的，在非常高频的区域，也没有可靠的引力波源。霍金(Stephen Hawking) 和 以色列（Werner Israel） 认为可能可以被探测到的引力波频率，应该在1.0E-7 Hz 到1E11Hz之间。引力波在不断的通过地球；然而，即使最强的引力波效应也是非常小的，并且这些源距离我们很远。比如GW150914在最后的剧烈合并阶段所长的引力波，在穿过13亿光年之后到达地球，最为时空的涟漪，也仅仅将LIGO的4公里臂长改变了一个质子直径的万分之一，也相当于将太阳系到我们最近恒星之间距离改变了一个头发丝的宽度。这种及其微小的变化，如果不借用异常精密的探测器，我们根本是探测不到的。在过去的六十年里，有许多物理学家和天文学家为证明引力波的存在做出了无数努力。其中最著名的要数引力波存在的间接实验证据——脉冲双星 PSR1913+16。1974年，美国麻省大学的物理学家家泰勒（Joseph Taylor）教授和他的学生赫尔斯（Russell Hulse）利用美国的308米射电望远镜，发现了由两颗质量大致与太阳相当的中子星组成的相互旋绕的双星系统。由于两颗中子星的其中一颗是脉冲星，利用它的精确的周期性射电脉冲信号，我们可以无比精准地知道两颗致密星体在绕其质心公转时他们轨道的半长轴以及周期。根据广义相对论，当两个致密星体近距离彼此绕旋时，该体系会产生引力辐射。辐射出的引力波带走能量，所以系统总能量会越来越少，轨道半径和周期也会变短。泰勒和他的同行在之后的30年时间里面对PSR1913+16做了持续观测，观测结果精确地按广义相对论所预测的那样：周期变化率为每年减少76.5微秒，半长轴每年缩短3.5米。广义相对论甚至还可以预言这个双星系统将在3亿年后合并。这是人类第一次得到引力波存在的间接证据，是对广义相对论引力理论的一项重要验证。泰勒和赫尔斯因此荣获1993年诺贝尔物理学奖。到目前为止，类似的双中子星系统只已经发现了将近10个。但是此次发布会中的双黑洞系统却从来没被发现过，是首次。在实验方面，第一个对直接探测引力波作伟大尝试的人是韦伯（Joseph Weber）。早在上个世纪50年代，他第一个充满远见地认识到，探测引力波并不是没有可能。从1957年到1959年，韦伯全身心投入在引力波探测方案的设计中。最终，韦伯选择了一根长2米，直径0.5米，重约1吨的圆柱形铝棒，其侧面指向引力波到来的方向。该类型探测器，被业内称为共振棒探测器：当引力波到来时，会交错挤压和拉伸铝棒两端，当引力波频率和铝棒设计频率一致时，铝棒会发生共振。贴在铝棒表面的晶片会产生相应的电压信号。共振棒探测器有很明显的局限性，比如它的共振频率是确定的，虽然我们可以通过改变共振棒的长度来调整共振频率。但是对于同一个探测器，只能探测其对应频率的引力波信号，如果引力波信号的频率不一致，那该探测器就无能为力。此外，共振棒探测器还有一个严重的局限性：引力波会产生时空畸变，探测器做的越长，引力波在该长度上的作用产生的变化量越大。韦伯的共振帮探测器只有2米，强度为1E-21的引力波在这个长度上的应变量(2E-21米)实在太小，对上世纪五六十年代的物理学家来说，探测如此之小的长度变化是几乎不可能的。虽然共振棒探测器没能最后找到引力波，但是韦伯开创了引力波实验科学的先河，在他之后，很多年轻且富有才华的物理学家投身于引力波实验科学中。在韦伯设计建造共振棒的同时期，有部分物理学家认识到了共振棒的局限性，然后就有了前面提到的有基于迈克尔逊干涉仪原理的引力波激光干涉仪探测方案。它是由麻省理工学院的韦斯（Rainer Weiss）以及马里布休斯实验室的佛瓦德（Robert Forward）在70年代建成。到了70年代后期，这些干涉仪已经成为共振棒探测器的重要替代者。激光干涉仪对于共振棒的优势显而易见：首先，激光干涉仪可以探测一定频率范围的引力波信号；其次，激光干涉仪的臂长可以做的很长，比如地面引力波干涉仪的臂长一般在千米的量级，远远超过共振棒。除过我们刚刚提到的aLIGO, 还有众多的其他引力波天文台。位于意大利比萨附近，臂长为 3千米的VIRGO；德国汉诺威臂长为600米的GEO；日本东京国家天文台臂长为300米的TAMA300。这些探测器曾在2002年至2011年期间共同进行观测，但并未探测到引力波。所以之后这些探测器就进行了重大升级，两个高新LIGO（升级版的LIGO）探测器于2015年开始作为灵敏度大幅提升的高新探测器网络中的先行者进行观测，而高新VIRGO（升级后的VIRGO）也将于2016年年底开始运行。日本的项目TAMA300进行了全面升级，将臂长增加到了3公里，改名为叫KAGRA，预计2018年运行。因为在地面上很容易受到干扰，所以物理学家们也在向太空进军。欧洲的空间引力波项目eLISA（演化激光干涉空间天线）。eLISA将由三个相同的探测器构成为一个边长为五百万公里的等边三角形，同样使用激光干涉法来探测引力波。此项目已经欧洲空间局通过批准，正式立项，目前处于设计阶段，计划于2034年发射运行。作为先导项目，两颗测试卫星已经于2015年12月3日发射成功，目前正在调试之中。中国的科研人员，在积极参与目前的国际合作之外之外，也在筹建自己的引力波探测项目。

天文学家用引力波探测器发现了一个大惊喜，他们在几分钟内于激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到一对引力波。 在LIGO的重力波探测器探测到第一个引力波，标记为S190828j。在21分钟后，探测到第二个引力波，标记为S190828l。 图解 : 宇宙的 历史 。根据推测，大爆炸刚发生后的超光速暴涨过程产生了引力波。 双引力波的出现令天文学家非常惊讶，他们从未想过会连续地看到两股引力波信号。 天文学家在同一天进行的这两次探测中发现，两股引力波像在同一片天空回荡。 麦吉尔大学的天体物理学家罗伯特·罗特里奇（Robert Routledge）推测这可能不仅仅是巧合之后，公开发表了推文。 图解：LIGO和LISA主要探测的波源频域分布。横轴为频率，纵轴为引力波振幅。 大家都阻止不了罗伯特感到兴奋。毕竟，进行 探索 就是为了能遇到像这样意料之外的事。就像他说的，这就是当下的科学。 图解：蟹状星云，蓝色部分为钱德拉X射线天文台拍摄的X射线图像，红色部分为可见光图像，其星云中心附近存在一颗年轻的脉冲星PSR J0534+2200，极有可能会被证实为引力波源的天体之一。 对于双引力波的出现其中一种解释是引力透镜的作用，即S190828j和S190828l可能是同一个引力波，它被空间扭曲分裂，然后再次聚合在一起。如广义相对论所说，质量对空间的扭曲作用将远处物体的光线分开并复制。引力透镜如今已经成为天文学家测量距离的有利工具。 如果这个解释成立，这将是天文学家第一次通过引力透镜观察到引力波。 可惜，这一探测细节表明这两个信号的重叠程度不足以证明它们来自同一引力波。 “如果是因为空间扭曲，那么这两个引力波的位置或多或少地会有所重叠，同时它们具有相似的形状，且出现在同一片天空。但实际上它们并没有重叠-Robert McNees” 这个双引力波事件更像是一个巧合。 从好的一面看，虽然天文学家几年前才第一次探测到碰撞，但在我们现在生活的时代，与以前用极低的准确性记录和测量雷声的时代已然不同，探测银河系的碰撞已经不难做到。 图解：NASA超级计算机模拟得到的黑洞双星开始合并的情形 在遇到像这样独特的事件之后，科学家面临一个问题。一方面，科学家在公共场所激烈讨论时总会习惯性的做出各种疯狂的猜测，未经验证就将推测转化成既定事实。 另一方面，当我们在浩瀚的天空中寻找线索时，时间变得至关重要。研究人员们通过广泛散布想法，可以将研究人员们注意力集中在发生的现象上，并及时地收集相关的数据。 图解：哈勃空间望远镜拍摄的双天线星系，星系的碰撞很有可能导致其中心超大质量黑洞的合并 科学家最擅长的事就是偶然地发现奇异事件，他们抛出一些想法，讨论哪些值得调查，哪些应该舍弃。 如果我们收到关于S190828j和S190828l的更多信息，将告于您知。目前，虽然我们失望于没有惊天动地的发现，但是我们依然对拥有能够发现它的技术感到欣慰。 有些时候即使“失望”也值得庆祝。 参考资料 1.Wikipedia百科全书 2.天文学名词 3. JLIN- MIKE MCRAE- sciencealert 转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

2015年是人类历史上一个重大的里程碑，因为这一年，科学家们第一次直接探测到了引力波。这是一个具有重大意义的事件，下面我们就来看看这个历史性的瞬间。引力波是什么？引力波是爱因斯坦在1916年预言的物理现象，是由于庞大质量在加速运动时产生的弯曲空间而释放出的一种扰动。引力波是一种能量传递的方式，可以通过空间中传递并带有质量的信息。它是宇宙大尺度物体的运动和碰撞的信使。LIGO实验和探测引力波为了探测引力波，科学家们建立了一种名为LIGO（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）的超精密测量仪器。LIGO有两个相互独立的探测站点，分别位于美国的路易斯安那州和华盛顿州。这两个站点分别设置两条相交的长臂，用来探测引力波。历时数十年，第一次探测到引力波科学家们历经数十年的研究和实验，终于在2015年9月14日探测到了引力波。当时LIGO探测站点的两条长臂同时探测到了来自于距离地球1.3亿光年外两个黑洞合并所产生的引力波信号。这个信号随后被验证为是确确实实的引力波，这意味着爱因斯坦的假设得到了验证。引力波的意义探测到引力波的意义非常重大，这标志着我们探索宇宙的新时代到来。引力波能够让我们更直接地观察宇宙，认识到更多的宇宙现象，比如黑洞合并、中子星碰撞等，这些事情以前都是非常难以观察的。通过研究引力波，我们可以更深入地了解宇宙，发现新的物理规律。Live场景重现探测引力波过程 为了让更多的人了解引力波和探测引力波的过程，科学家们利用虚拟现实技术，制作了一个名为“Live场景”的展现引力波探测过程的项目。这个项目通过虚拟现实技术让人们身临其境地体验探测引力波时所需要做的各种工作。这个项目得到了很多人的关注，也让更多人对引力波感到了兴趣。探测到引力波是一项伟大的科学成就，它为我们揭开了更多宇宙的奥秘。引力波的探测将为我们进一步的研究和探索宇宙提供更为精确的手段，也将推动对物理学的进一步探索。

2020年度诺贝尔物理学奖颁发给了三位对证明黑洞存在做出杰出贡献的科学家，其中一位是在纯理论上证明了黑洞的存在，他就是与霍金共同证明过奇性定理的英国物理学家罗杰·彭罗斯。另外两位则是在观测中发现银河系中心存在超大质量不可见天体的天文学家莱因哈德·根策尔和安德莉娅·盖兹。 这可谓是理论与观测齐飞。而作为广义相对论最难证明的预言之一，黑洞的身份算是被正式承认了，虽然在颁奖理由中，对银河系中心天体并没有使用“黑洞”这个名称，而是使用“超大质量的致密天体”这种描述，但在给彭罗斯的颁奖理由中是非常明确的用了“黑洞”这个词。 那么为什么诺贝尔奖委员会会在这个时候才承认黑洞这个已经被主流科学家承认多年的天体？很明显是与近年爆发式的各种黑洞相关的重大天文发现有关，这些来自各种观测手段，各个观测团队的观测结果都不容置疑地证明了黑洞的真实存在！ 所以我们下面来盘点一下这些年我们一起看到过的黑洞。 这是最早发现黑洞的间接证据了，上世纪60年代中期，天文学家在天鹅座发现了6000光年外一个不断发射X射线的双星系统，根据观测确定它们其中之一是一颗质量为20-40倍太阳质量的恒星，按照其光度，它不会是X射线的发射源，而X射线源一个是它的伴星，但这颗伴星几乎是不可见的，但根据轨道运动推测其质量约为太阳的8.7倍，但这颗伴星在可见光和无线电波段都基本上不可见，这样的质量在可见光波段却不可见，科学家由此判断它是一个致密天体，当时理论上已知的致密天体有白矮星、中子星和黑洞，按照其8.7倍的太阳质量，理论上判断是一个黑洞。据说霍金为此与好友基普·索恩（稍后还有他，这里不做介绍）打赌，霍金故意说那里不是黑洞，这样他如果赢了，就获得赌注，如果输了，他毕生研究的黑洞就被证明存在，他同时会成为最大的赢家！精明的霍金最后承认输掉了赌局，而自己则成为了黑洞研究的第一权威。 虽然天鹅座X-1被霍金以承认落败的方式宣告为黑洞，但毕竟那不是一个非常有力的直接证据，因此，在很长时间里，人们都依然认为黑洞尚未被证实。在几年前，还有很多人持这样的观点，不过我那时就指出，黑洞已经被观测证实了！不是天鹅座X射线源，而是银河系中心黑洞！ 早在上世纪70年代中期，天文学家就通过射电望远镜确定了银河系中心存在一个较强的射电源，因处在人马座里面，因此标记为人马座A*（Sgr A*）。科学家估计那里是一个黑洞，但由于银河系中心附近与地球之间存在大量的星际尘埃，可见光辐射很难穿透出来，对进一步的观测造成极大的困难。 直到20年后的1995年，有两个研究团队同时开展对银心（银河系中心）射电源人马座A*的观测，以确定其天体性质。这两个团队就是今年共同获得诺贝尔物理学奖的根策尔和盖兹团队。 由于无法通过可见光进行观测，盖兹选择了最接近可见光的红外波段进行观测，红外波段是能通过光学望远镜进行观测的最长波段，通过大口径的光学望远镜可以获得人马座A*周围恒星的光谱，而盖兹使用的是位于夏威夷莫纳克亚山上10米口径的凯克望远镜。获得恒星光谱后，就可以利用光谱分析法获得恒星视向速度（又称径向速度）的精确数据。 利用凯克望远镜，她很快发现了一颗短周期的恒星，编号为S0-2，据观测分析它的公转周期约为16年，沿一个椭圆轨道绕中心一个不可见的天体（人马座A*）公转。当它在2002年经过近心点时，距离中心的人马座A*仅120个天文单位（1个天文单位=太阳到地球的平均距离，约为1.5亿公里），而最快时其运动速度高达5000km/s,盖兹团队据此推算出其中心天体人马座A*的质量约为太阳质量的400万倍（这个质量值前后改过好几次，不要在意这些细节……）， 如果观测无误，在这么小范围内（不到120个天文单位）集中了如此高的质量，而又在红外波段基本看不见，这在理论上似乎只有一种可能——黑洞。 而我们前面说了，是两个团队进行了相同的观测，而他们得到的观测结果是一致的！因此可以认为观测无误，那么结论就是： 人马座A*射电源是一个质量约为400万倍太阳质量的超大质量黑洞。 而后续更多恒星的观测结果印证了这一点，毫无疑问那就是个黑洞。 所以，其实在盖兹他们发布这个观测结果以后，我认为黑洞已经被证实了。但不知为何，这个重大发现当时并没有像后来的引力波一样马上被授予诺贝尔奖（其实我觉得它本身就是诺贝尔奖级别的重大发现）。也许正因如此，科学爱好者群体里依然流传着黑洞只是一种假说的传言。直到另一次的重大天文发现…… 2015年9月14日，一阵13.4亿光年（410百万秒差距）外发出的时空涟漪拂过地球，在LIGO（激光干涉引力波天文台）位于美国西北海岸的汉福德和南海岸利文斯顿两个相距3000km的真空激光干涉仪几乎同时记录下了这段时空的琴音，两者接收到信号的时间仅相差7毫秒。 根据数值模拟的理论模型比对，这个引力波事件来自两个质量分别为36倍和29倍太阳质量的黑洞合并成一个62倍太阳质量的黑洞过程中所释放的引力波，引力波的总能量约为3个太阳质量，这次引力波事件中没有发现电磁波信号。 此次引力波的周期从30Hz开始被探测到，直到240Hz左右结束，这意味着产生引力波的两个天体以每秒15圈-每秒120圈的速度在绕转（每转一圈会产生两个周期的引力波，因为两个黑洞各靠近地球方向一次）！ 按照理论模型，这两个产生引力波的天体在200公里距离时产生的引力波频率高达100Hz，这意味着它们约每秒共同绕质心旋转50圈，这样，其公转线速度将高达62800km/s左右，相当于光速的21%！在这么近的距离上以这样高的速度绕转，这两个天体只能是黑洞，没有别的选择了，要知道这200公里只有国际空间站距离海平面的一半。 因此，这次引力波事件的发现再一次毫无争议地证明黑洞的存在。 但是，这引力波比对用的理论模型靠谱吗？ 在第一次引力波发现后，大家主流存在两种观点，一种是引力波会马上颁发当年的诺贝尔物理学奖，另一种则认为这个发现还够不着。我当时是第三种观点：需要多一个验证，至少得位于欧洲的Virgo引力波探测器也同时测到才算，理想情况是要其它观测手段同时观测到引力波事件。因为只有后者才能真正验证理论模型的真实性。 不过这个终极验证来得有点快，在次年8月17日的一次双中子星合并事件让全球所有天文观测手段共同验证了引力波模型的真实性。 这次引力波事件几乎同时被LIGO的两个干涉仪和Virgo的一个干涉仪探测到，并在探测到引力波合并信号的1.7秒后，费米伽马射线空间望远镜探测到一次伽马射线短爆，随后，全球各国把从射电、红外、可见光到X射线在内的大量地面和空间望远镜同时对准了LIGO和Virgo给出的引力波源所在天区，在所有波段都获得了该引力波事件的电磁信号。 这次全球性合作的联合观测严格证明了引力波比对模型的正确性，证明了此前的引力波事件确实为双黑洞合并产生，而这次的成功观测也正式开启了多信使天文学！ 当年的诺贝尔物理学奖毫无悬念地颁给了LIGO的三位发起人。 很明显，这个时候黑洞的存在已经毫无争议了，那首先观测并确认银心黑洞的根策尔和盖兹也该发个奖了，不过并没有…… 时间到了2019年4月， 全球多家天文台联合参与的视界面望远镜计划，由分别在全球多个地区的毫米波射电望远镜组成的射电干涉阵列，成功拍摄到了人类首张黑洞照片，黑洞的形状与理论完全吻合，黑洞的存在已经是不容置疑的铁一般事实了。 至此，根策尔和盖兹的奖也该颁了，但可能由于此时已经错过了诺贝尔奖年度提名的时间，两人再度错失2019年度的诺贝尔物理学奖， 奖项颁给了另一个与天文学相关的宇宙微波背景辐射和系外行星探测， 直到今年在所有人的意料之外，诺贝尔奖委员会连续两年颁给了天文学，根策尔和盖兹与证明黑洞理论的彭罗斯共同获得了2020年度诺贝尔物理学奖。 故事完满结束。 其实近几年的黑洞发现远不止这些，但那些几个月就出一个的黑洞大新闻对此次的颁奖并没有决定性作用，这篇文章也太长了，所以就不赘述了，有机会我再另文继续盘点。 #2020年诺奖全解读# #科学燃计划#

在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年[1]，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。相比之下，引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中，因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。各种各样的引力波探测器正在建造或者运行当中，比如 advanced LIGO(aLIGO)从2015年9月份开始运行观测。可能的引力波探测源包括致密双星系统（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号[2]。2016年6月16日凌晨，LIGO合作组宣布：2015年12月26日03:38:53 （UTC），位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号；这是继 LIGO 2015年9月14日探测到首个引力波信号之后，人类探测到的第二个引力波信号[3]。2017年10月16日，全球多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。[4]2017年12月，入选“汉语盘点2017”活动年度候选字词五大候选国际词。[5]在爱因斯坦的广义相对论中，引力被认为是时空弯曲的一种效应。这种弯曲是因为质量的存在而导致。通常而言，在一个给定的体积内，包含的质量越大，那么在这个体积边界处所导致的时空曲率越大。当一个有质量的物体在时空当中运动的时候，曲率变化反应了这些物体的位置变化。在某些特定环境之下，加速物体能够对这个曲率产生变化，并且能够以波的形式向外以光速传播。这种传播现象被称之为引力波。

引力波的发现是集体智慧的结晶，不是个人的成就

莉哥没有复出。2018年10月10日凌晨，虎牙直播公布了对此事的处理结果，决定即日起封禁该主播的直播间，冻结其直播账号，下架全部相关影像作品。同时，涉事主播“莉哥”再次公开致歉，称自己将停止一切直播工作。扩展资料：注意事项：杨凯丽，抖音女网红，歌手，网络主播。代表作有《让我成为你的眼睛》和《永不忘记》。2018年10月7日，老虎电视台直播工作室因杨凯里公然篡改国歌、厚颜无耻地展示国歌并将其作为她所谓的“网络演唱会”的“开场歌”而对其进行了禁播。10月14日，上海市公安局静安分局宣布，因违反《中华人民共和国国歌法》，已将其拘留5天2018年10月9日晚，主持人李歌首次在微博上道歉。这件事发生在国庆节期间。看到自己的国家欣欣向荣，他感到非常自豪，以至于当国歌响起的时候，他都情不自禁地唱起了国歌。当天直播结束后，平台领导和公司领导对我进行了严厉的批评和教育。”在道歉中，Ligo说她在10月7日直播中不严肃地唱国歌是有失尊严的，没有给观众一个适当的示范。她本人将停播一段时间，认真学习相关规则和知识。

应该不能吧毕竟黑洞的引力太大了