LIGO发现第3例引力波事件 | 科学人 | 果壳网 科技有意思
LIGO发现第3例引力波事件
本文作者:朱兴江
日，美国的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）宣布，成功探测到第3例引力波信号。与前两次探测一样，该信号也来自于两个黑洞的碰撞与并合。这个并合事件形成的黑洞质量相当于太阳的49倍，正好介于LIGO探测到的前两例并合事件的黑洞质量之间——前两例并合事件的黑洞质量分别是太阳的62倍和21倍。
新当选的LIGO科学合作组织发言人，美国麻省理工学院的戴维·休梅克（David Shoemaker）说：“我们有了进一步的证据，表明大于20倍太阳质量的黑洞是存在的，这是在LIGO探测到引力波信号之前我们所不知道的事情。”
新发现来自于LIGO的第二次科学运行阶段，始于日，预计将持续到今年夏天。LIGO是一个引力波天文台，由美国自然科学基金会资助，并由美国加州理工学院和麻省理工学院共同运行。它拥有两架结构完全相同的探测器，分别位于华盛顿州的汉福德（Hanford）和路易斯安那州的利文斯顿（Livingston）。LIGO科学合作组织包含了国际上1000多名科学家，他们同欧洲的Virgo合作组一道开展LIGO相关的引力波研究。
引力波信号，第3例！
升级改造后的LIGO，也就是所谓的高新LIGO，在2015年9月开始了第一次科学运行，并且发现了人类历史上第一例被直接探测到的引力波事件，紧接着在2015年12月又探测到了第二例信号。第3例信号于日被LIGO的两个探测器探测到，因而被命名为GW170104。这些信号有一个共同特征，就是均来自于双黑洞的并合。这些黑洞并合是宇宙中最剧烈、最高能的事件，并合期间辐射的引力波能量超过了宇宙中所有的恒星和星系在同时段内发出的光能的总和！
日，LIGO的两台探测器记录下了第3例得到确证的引力波信号。图片来源：LIGO科学合作组织和Virgo合作组发表于《物理评论快报》的论文。
上图显示了两个LIGO探测器记录下的GW170104信号。这是一个典型的“啁啾”信号：在两颗黑洞互相绕转、彼此靠近直至最终并合的过程中，信号的频率和强度会一直持续增大。科学家使用超级计算机对LIGO的观测数据进行分析，可以从中得出信号源的一些特征，比如两个黑洞的质量、到地球的距离，以及它们在天空中所处的方位。产生GW170104信号的那两个黑洞的并合过程，距离地球足有30亿光年，比第一例引力波信号的13亿光年和第二例信号的14亿光年都要更远。这两个黑洞的质量分别是太阳的31.2倍和19.4倍，最终并合成一个质量相当于太阳48.7倍的大黑洞，另外相当于太阳2倍质量的能量则以引力波的形式辐射出去了。
黑洞家庭新成员
下面这张图片，形象地展示了恒星量级黑洞家族的一幅“全家福”。紫色代表利用X射线天文观测推算出的黑洞质量，蓝色则代表LIGO通过引力波观测估计的黑洞质量。
目前观测到的恒星级黑洞家族全家福。纵轴标示出了黑洞的质量，紫色代表利用X射线天文观测推算出的黑洞质量，蓝色则代表LIGO通过引力波观测估计的黑洞质量。图片版权：LIGO科学合作组织/Sonoma State University/Aurore Simonnet
黑洞的引力是如此之强，以至于光也无法逃脱。黑洞不能被人类直接“看”见，因为它不辐射电磁波。在LIGO探测到引力波之前，天文上研究黑洞的一个主要手段是观测X射线双星，比如由普通恒星和黑洞组成的双星系统。当一颗恒星非常靠近黑洞的时候，黑洞可以利用其巨大引力吞噬恒星的物质，这一过程会辐射X射线。虽然X射线不能直接被人的肉眼所感知，科学家利用空间望远镜来研究X射线双星并估计黑洞质量。目前为止，这种手段观测到的黑洞质量都不到太阳质量的20倍。
黑洞是极其致密的！GW170104事件产生的大黑洞，质量相当于太阳的49倍，但是其半径仅有100多千米（作为比较，太阳的半径为70万千米！）。两个黑洞高速绕转至并合的最终瞬间，速度可以达到光速的一半。根据爱因斯坦的广义相对论，这种黑洞并合的过程将引起时空的震颤，辐射大量的引力波。LIGO对这种引力波信号的观测可以直接测量黑洞的质量。迄今为止，LIGO观测到的双黑洞并合事件形成的黑洞都在太阳质量的20倍以上。GW170104的发现进一步证实了这类“微胖”黑洞的存在。
双黑洞形成之谜
此次LIGO的发现，还有助于我们最终解开双黑洞形成之谜。
一般来说，恒星量级的双黑洞系统有两种形成机制。在第一种模型中，两个黑洞几乎同时诞生——由两个大质量恒星构成的双星系统，分别经历超新星爆发而各自形成一个黑洞。这种机制下，黑洞自转方向跟相互绕转的轨道方向通常是一致的。第二种模型中，黑洞在致密星团中相遇并成双结对走到一起。这种情况下黑洞可以绕任意方向旋转。
黑洞自转和双黑洞轨道运动示意图。图片版权：LIGO科学合作组织/Sonoma State University/Aurore Simonnet
虽然还无法确切测量新引力波事件中那两个黑洞的自转方向和速度，但GW170104首次提供了证据暗示，这两个黑洞中至少有一个，自转轴与相互绕转的方向可能没有对齐，从而微弱地支持了这对双黑洞形成于致密星团的起源模型。
在不久的将来，随着越来越多的双黑洞并合事件被发现，我们有望通过引力波来解开双黑洞形成之谜。
考验相对论
这项研究还对爱因斯坦的理论进行了再次检验。
举例来说，研究人员在数据中寻找了所谓的色散效应。光在玻璃之类的介质中传播时，不同波长的光传播速度也不同，这种现象称为色散，也是三棱镜能够把阳光分解成彩虹颜色的原因所在。在从源头传播到地球的过程中，爱因斯坦的广义相对论不允许引力波发生任何色散效应。LIGO也确实没有找到色散的任何证据。
“爱因斯坦似乎是对的——哪怕这起最新的引力波事例，距离要比前两次的远上大约两倍。”LIGO科学合作组织副发言人、美国佐治亚理工学院的劳拉·卡多纳蒂（Laura Cadonati）说，“我们发现观测结果与广义相对论的预言之间不存在任何偏差，而这次更远的距离也让我们在作出这一论断时有了更大的信心。”
“LIGO装置的灵敏度已经达到了惊人的地步。”Virgo合作组发言人、荷兰国家亚原子物理研究院及阿姆斯特丹自由大学物理学家乔·范德布兰德（Jo van den Brand）说，“我们期待到今年夏天，Virgo这台位于欧洲的干涉仪能够扩展这一探测器网络，帮助我们更好地定位引力波信号。”
相关研究论文6月1日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。（编辑：）
LIGO科学合作组织网站：
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引用文章内容：爱因斯坦的广义相对论不允许引力波发生任何色散效应。如果发生色散意味着什么？
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引用 的话：从文章看来应该是意味着：引力波本身存在着不同的波长，而不同波长在某些特定介质间的传递速度会不一样。但看来引力波还是比较单纯的。不懂
过些年发现全是假的············
引用 的话：如果发生色散意味着什么？说明爱因斯坦错了，引力不完全由物质和空间相互作用体现。甚至我们有可能区分引力质量和惯性质量了。
引用 的话：从文章看来应该是意味着：引力波本身存在着不同的波长，而不同波长在某些特定介质间的传递速度会不一样。但看来引力波还是比较单纯的。引用 的话：如果发生色散意味着什么？光之所以会发生色散是因为：光波本身是电磁波。所以，当频率为的单色光（时谐电磁波）照射到介质并通过介质时，介质分子的电子会在光波的时谐电场分量的作用下做频率为的受迫振动。受迫振动的电子形成振荡偶极子，激发周围的电磁场，产生频率为次级电磁波向外辐射。该次级电磁波和原本的光波相叠加，其整体效果就是使得介质中的光的波长和群速速发生变化。由于不同频率的光波激发出的次级电磁波的强度不一，使得不同频率的光在介质中的群速度各不相同，于是就产生色散。所以，光（电磁波）的色散本质是电磁波与介质相互作用的结果。而对于本身就是“时空涟漪”的引力波，不存在与其发生相互作用的介质（时空本身不是介质），不会有“次级引力波”产生的，所以不发生色散。
这两个黑洞的质量分别是太阳的31.2倍和19.4倍，最终并合成一个质量相当于太阳48.7倍的大黑洞31.2+19.4-48.7=1.9还真是巨大的能量
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引用 的话：1个太阳的质量要反应100亿年左右，而且好多质量是在最后一瞬被抛出。现在1.9个太阳质量零点几秒内就消耗了，功率还不大么？就太阳本身的反应速率来说，1个太阳质量远不只100亿年，100亿只是太阳作为一个恒星的寿命，事实上这堆物质成为太阳之前和不再是太阳之后的质量差不了太多。
引用 的话：光之所以会发生色散是因为：光波本身是电磁波。所以，当频率为的单色光（时谐电磁波）照射到介质并通过介质时，介质分子的电子会在光波的时谐电场分量的作用下做频率为的受迫振动。受迫振动的电子形成振荡偶极子，激...受教了。不过还有点问题：1.以上只提到电场分量，磁感应分量有类似的影响吗？（好像没有？因为磁场是无源场？）2.就是说如果介质在微观上能保持电中性就不影响光速吗？
引用 的话：受教了。不过还有点问题：1.以上只提到电场分量，磁感应分量有类似的影响吗？（好像没有？因为磁场是无源场？）2.就是说如果介质在微观上能保持电中性就不影响光速吗？1.磁场分量是有影响，但根据狭义相对论，磁场实际上电场的相对论修正项。所以，但凡存在电场分量，磁场分量的作用就会被掩盖。只有当电场被削弱到一定程度时，磁场的作用才能显现出来。2.应该不存在“微观上保持电中性的物质”，就算是不带电荷的中子也是由带电荷的夸克构成的。
引用 的话：这是怎么消耗的？辐射出去了
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请用科学的方法分析探测数据，而不应一味听信谎言并宣传谎言。引力波的相对论差异——GW150914信号波数据的科学分析和结论Relativistic Differences of Gravitational Waves—Scientific Analysis and Conclusions on GW150914 signal wave data全文下载: PP.1-19 DOI: 摘要: 日美国激光干涉仪引力波天文台探测到了GW150914信号波. 基于由广义相对论Blanchet频率方程的零级近似所估算的啁啾质量等拟合结果, 该信号波被认定为约13亿年前距离地球13亿光年之外的36个和29个太阳质量的黑洞合并成一个62个太阳质量的黑洞时所产生的引力波, Einstein广义相对论的黑洞和引力波等推论因此均被认为得到了检验, 原始信号波也被修正为频率和应变先随时间单调增加然后频率趋于不变而应变急剧减小的数值相对论波形. 这里详细分析了LIGO所探测到的GW150914信号原始波形和数值相对论修正波形的正负应变频率. 精确数值计算和图像解的结果表明, GW150914信号原始波形的正负应变的不同分布的频率的变化率有高精确度的相同变化规律, 表现出与量子数相关的泛量子特性, 广义相对论Blanchet频率方程没有GW150914引力波解; 而由数值相对论拟合的标准相对论波形的频率分布和频率变化率偏离原始波形的很远, 并且也不满足Blanchet频率方程, 数值相对论处理的结果未达到预期目的. 由此得出结论: GW150914信号波、引力波广义相对论频率方程和引力波的数值相对论波形三者之间互不相容, 到目前为止, 人类宣称直接探测到的GW150914引力波信号, 如果它真的不是一种电磁仿真信号, 实际上也并不支持引力波的广义相对论推论, 但这是否意味着未来探测到的引力波信号必定同样不支持广义相对论, 目前还不明确。
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&引力波之父& ：让爱因斯坦提出又否定的“引力波”到底是什么？ | 研习社课程笔记
&&混沌研习社&&
日，激光干涉引力波天文台（LIGO）对外宣布，LIGO发现了引力波。早在100年前，爱因斯坦就预测了引力波的存在。但他同时说：我不认为人类可以测量它。100年后，LIGO是如何完成这个不可能完成的任务的？11月7日晚，“引力波”之父、前LIGO负责人Barry Barish来到研习社，和我们分享了一个关于引力波从出生到被发现的故事，并和我们分享了他对于“引力波这种普通人根本看不到的现象，对于人类而言到底意味着什么？”的看法。（本文根据Barry Barish 11月7日晚上在混沌研习社的课程内容整理而成，有删节）演讲者｜Barry Barish（“引力波”之父，加州理工学院名誉教授）大家好，非常高兴大家来听我的分享。我会在接下来的内容里提到一些LIGO、黑洞、爱因斯坦、引力波这样听起来很高深的概念，也许你们会觉得非常难以理解，但是没关系，你们只要听一下我讲的一些主要的概念就可以了。被爱因斯坦提出又否定的引力波是如何被LIGO发现的？一个穿越了13亿年来到地球的贵客早在100年前，爱因斯坦就预测了引力波的存在。但他同时说：我不认为人类可以测量它。在爱因斯坦自己提出引力波存在之后的20年，他自己又写了一篇题为《引力波真的存在吗》的论文，来否定自己之前的想法。是什么让世界上最聪明的科学家如此纠结，我们首先来看一下，LIGO观测到的引力波到底是什么？上面这张图就是LIGO探测到的引力波图形。顺便说一下这个图形在美国已经非常地流行了，这个图案被印在年轻人的T恤上，我们相信在中国也很快会流行起来。这三行图形分别代表什么意思？第一行是我们设置在Hanford（汉福德，华盛顿州南部城市）的探测器探测出的引力波图形，中间这个是设置在Livingston（利文斯顿，位于距离汉德福3000公里以外的路易斯安娜州城市）的探测器探测出的图形。最后一个是把两者叠加，我们看到了7毫秒的波形偏离。根据我们的计算，这一波引力波先到达了利文斯顿（Livingston），经过7毫秒的时间差之后到达了汉福德（Hanford）。这个引力波是如何产生的？这个故事始于13亿年前，那个时候地球上的生物正在从单细胞生命向多细胞生命过渡的阶段，人类还不存在。在人类还没有出现的这个时候，宇宙中发生了这样一件事情。在宇宙中出现了两个黑洞，我们看到这两个黑洞的大小不太一样，因为它们两个的质量是不一样的。说到这里还必须给大家解释一下什么叫黑洞，黑洞是如何产生的？大家也许听到过一个叫做“超新星”的词。比如说太阳，太阳是一个不停进行核反应燃烧的天体，核反应会释放能量，能量能够让星体非常热，温度适宜的时候除了能够创造生命以外，还能使天体的分子膨胀，被向外推出，与此同时，物体的重力又会把分子推进来，所以这里面形成了一种微妙的平衡，因此天体是在燃烧和引力之间的一个平衡。但是核反应是需要燃料的，燃料最终是会被烧光的，比如这个天体可能先燃烧最轻的部分，接下来燃烧稍重一点的部分，但是最后这个燃料就没有了。一旦燃料枯竭之后，这个天体就会塌陷。有很多天文学家在观察天象的时候，会突然间看到天空中出现了一颗非常明亮的星星，但是过几天，就发现这个星星明显变暗，再过一段时间就已经消失了。这就是我们所说的“超新星”。如果这个星体足够大，假设它比太阳还要大个三到四倍的样子，如果这个星星塌陷了，因为它的质量特别大，突然塌陷到一个面积极小的地方，这里面就会产生一个非常大的引力，这个引力如此之大，以致于所有进去的东西都不可能再出来了。这个地方就叫做黑洞。OK，那我们回到13亿年前的这个故事，这里有两个黑洞，它们的直径大约在50公里-60公里，大概比北京的面积还要小，它们之间的距离是几百公里，不到北京到上海的距离。每一个黑洞的质量都是太阳质量的30倍，不是地球，是太阳的30倍，这么大质量的东西被存放在北京面积这么小的面积里，形成了一个非常致密的天体。这两个天体在它们围绕着彼此互相旋转的时候，通过辐射引力波而损失能量，最后发生了碰撞，合并成一个巨大的黑洞。在这过程中产生的引力波在宇宙中进行了很长很长时间的旅行，在13亿年后，终于到达了地球。引力波经过地球时带来了时空的扭曲，地球在时空的扭曲中会出现高矮胖瘦的变形，你会发现地球在改变形状，高一点、胖一点、高一点、胖一点......当然我们人类在地球上是看不到这种变形的，但是如果我们建立起足够紧密的工具的话，把这个工具放在地球上，你就能探测到引力波，正如LIGO所做的那样。为什么要研究“引力波”这种微不可测的现象？新技术是极其宝贵的资源它和我们人类的产品技术息息相关引力波的研究是物理世界知识的边缘，听起来好像特别抽象，无法应用，好像不是什么需要大家知道的事情。但是我会给大家举两个例子，帮助大家了解，我们为什么要做这方面的科学？归根到底其实是，新技术是非常宝贵的资源，它和人们经常做的开发性公司息息相关。爱因斯坦相对论和GPS爱因斯坦在1916年就提出了关于广义相对论的体系，当时甚至没有多少科学家明白什么是广义相对论，这的确是一个非常难的主题。事实上，科学能够抽象到这个程度，可能就到了尽头了。但是广义相对论可以有一些非常好的应用，有一个就是平时大家会经常使用的GPS。GPS就是用六个卫星去定位你的位置在地球上的哪里。它依靠卫星里面的原子钟提供的精确时间来实现精准定位。根据爱因斯坦的狭义相对论，高速移动物体的时间流逝要比低速物体的时间流逝要慢。每个GPS卫星时速为1.4万公里，因此卫星原子钟每天要比地球上的钟慢7微秒。但是广义相对论认为引力对时间施加的影响更大，GPS卫星位于高空大约2万千米的地方，它所受的重力只有地面的四分之一，因此，时钟每天要快45微秒。两者综合的结果是，卫星时钟每天大约比地面钟快38微秒。这些在地面上走的极其精确的钟表到了高空走得非常不准，导致地面上的定位出现了非常严重的误差。当这项误差得到了纠正以后，我们会非常吃惊地看到你可以在路面上很快地找到你要去的地方。所以GPS这样一种非常常见的现代技术的应用，就是因为100年前，爱因斯坦提出了相对论的概念。激光和CD另一个故事是关于激光。激光来自于哪里呢？激光的历史并不长，它是50年前才被发现的，最初的目的是为了激发物体的特性。当人们发现了激光之后，人们只是知道了有了这种东西，但是并没有作为一种工具，只是在10年或者是20年之后，才有一个人想到了这种东西可以有应用。第一个应用就是用这种强大的光束去进行物体切割。今天我们的CD播放器等等都可以使用激光，CD产业已经成为了200亿美元的现代产业。“引力波”将开启宇宙大航海时代新技术的意义在于技术会推进技术并最终演化成产品长期来看，我们认为引力波会改变我们探索宇宙的方法。我们以前研究宇宙的方式都是用电磁波的方式，以后我们就可以利用引力波设备对宇宙进行更低频的研究，去发现大爆炸时的宇宙情况，从长期来讲，我们看到引力波可能带来的未来非常令人兴奋。在今后几十年或者是一百年，就像是开启了一个新的宇宙大航海时代。引力波会不会影响到现实生活，我没有办法预测。我不知道是不是下个月就会有这方面的应用。我认为，引力波可以用于通讯，和其他的行星进行对话等等，但是现在我没有办法作出预测，要等下一代人来实现。我能告诉大家的就是，我们越多地理解这个物理世界，我们就能够更好地掌握这个物理定律，改变我们的生活。这就是我们为什么要持续去推进新技术的原因。我们开发出来的技术会越来越推进技术，并且最终会变成产品。＊本文根据作者在混沌研习社的课程内容整理而成，有删节。欢迎转发分享，转载请直接在本公众号留言“转载”获得授权，我们会及时回复。R eading推荐阅读(点击文章标题，直接阅读)★上期必读《NASA科学家：从冥王星降级争议引发的太空旅程》★深度《前Facebook副总裁：伟大的公司每六年出现一个，关键在于找到受限制资源》★ 笔记《混沌研习课全部课程实录&PPT合集》混沌研习社第四季度课程表重磅发布600元入社，即可报名听课点此下载混沌官方APP，海量课程视频随时看！点击下方“阅读原文”，查看混沌研习社最新超级课程表，入社听课精选留言
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微阅读.本站所有内容均来自互联网，版权归原创者所有，如果侵犯了你的权益，请联系我们，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！本站可出售！人类首次直接探测到引力波 证明爱因斯坦预言
　　&激光干涉引力波天文台&（LIGO）官方刚刚宣布：在爱因斯坦提出引力波概念100周年后，引力波被首次直接观测到。来自一个双黑洞系统产生的引力波信号在公元日国际标准时间9：51（北京时间17：51）由两座分别设置在华盛顿州和路易斯安那州的LIGO观测台探测到。
示意图：两个黑洞的合并过程。科学家们认为黑洞的合并过程将产生强烈的引力波信号
示意图：一颗被撕裂的中子星。类似的事件将会产生剧烈的引力波信号
仙后座A（Cassiopeia A），银河系中已知最年轻的超新星遗迹，也是天空中除太阳外最强的射电源
　　这也是人类首次直接观测到一个&双黑洞&系统。LIGO项目发言人Gaby Gonz&lez表示此次LIGO探测到的引力波信号来自两个黑洞的合并，这两个黑洞质量分别为29个和36个太阳质量，合并过程中有相当于3倍太阳质量的能量被以引力波形式释放出去。
　　发布会上，LIGO项目执行主管David Reitze说：&今天，我们开启了引力波天文学的崭新时代。&
　　什么是引力波？什么是LIGO？这个发现到底有多重要？这段视频通俗易懂的给你讲一遍，一定要看！
　　时空中的涟漪
　　当爱因斯坦最早提出他的广义相对论的时候，他彻底革新了我们原先对于时间与空间的概念理解。我们此前一直认为空间是恒定而不变的，物质和能量存 在于其中。但 爱因斯坦的理论指出空间实际上与能量和质量之间都是相互联系的，并且随着时间推移空间也在发生变化。如果只存在一个质量物体，静止地存在于时空之中（或者 处于匀速运动状态），那么它所处的时空不会发生变化。但如果你加入第二个质量物体，那么这两个物体之间就会发生相互运动，互相会向对方施加一个加速度，在 这一过程中也就将造成时空结构的改变。更加重要的是，由于存在一个大质量粒子在引力场中运动，广义相对论指出这一大质量物体将会被加速，并释放一种特殊的辐射：引力辐射。
　　这种引力辐射与你所知的其他任何种类的辐射都不同。它会以光速穿越空间，但它本身又是空间中的涟漪。它从被加速的物体带走能量，这就意味着，如 果这两个质量 物体处于相互运行的轨道之中，那么随着时间推移这个轨道将会逐渐收缩，这两个质量物体之间的距离将逐渐缩短。不过不要太过担心，对于像地球围绕太阳运行这 样一个系统，相对而言这两个天体的质量还太小，而两者之间的距离又非常巨大，因此在引力波耗散能量的条件下，这个轨道也将需要经过10的150次方年才会衰减崩溃，如此长的时间早已远远超过了宇宙的年龄，事实上这也远远超过了已知所有恒星的寿命！然而对于相互绕转的黑洞或中子星而言，它们之间存在的轨道衰 减效应则已经被观测到了。
　　科学家们认为宇宙中可能还存在着我们尚未探测到的更高能的事件，如黑洞的相互合并。这类事件应该会产生某种特征信号，而这样的信号是可以被&先进LIGO&系统捕捉到的。
先进LIGO 探测器
　　从本质上而言，&先进LIGO&系统采用的探测手法是相当简单而直接的，它利用了引力波辐射的本性和它最重要的性质之一。引力波会造成空间的拉伸或压缩，其频率和强度取决于形成这种引力 波的天文事件所具有的一系列特征，如两个相互绕转天体各自的质量大小、它们两者之间的间距以及这一系统距离地球的远近。&先进LIGO&设施包括两条互相 垂直的长臂，长度均为4公里。将一束激光用分光镜分成夹角为90度的两束，然后两束激光分别被4公 里外的反射镜反射回来并发生干涉，并且这样的反射可以来回进行多次，从而大大增加激光运行的路径长度。由于频率和波长完全一致，在正常情况下，这两束激光 应该是完全相同的，但是如果存在引力波作用，则会对这两束激光的波长频率产生影响，从而导致两束激光在叠加的干涉条纹上出现改变。这样的改变将能够让科学 家们判断两个绕转天体各自的质量大小、它们之间的间距以及这玩意系统到地球之间的距离等丰富的信息。
　　先进LIGO包括两处设施，分别位于西北部（华盛顿州）以及美国东南部（路易斯安那州）。如果这两处设施均观测到同样的信号，那么我们几乎 就能够肯定我们的确是观测到了引力波信号了。目前版本的LIGO系统对于质量在1倍太阳质量到数百倍太阳之间之间的两个黑洞合并过程可能产生的引力波信号最为敏感，且其探测能力可以覆盖距离地球数百万光年之外&&在这样一个巨大的空间范围内，符合条件的黑洞合并事件每年都会至少发生几次。
　　意义重大的引力波
　　这项发现将是对爱因斯坦广义相对论的又一次证明，后者在将近100年前便预言了引力波的存在。但引力波被首次直接探测到的意义还远不仅于此，它还有着更加重大的意义。作为时空本身的震动，引力波常常会被人和声波进行对比。事实上，引力波望远镜能够让科学家们在光学望远镜&看到&某个现象的同时&听到&它的&声音&。
　　有趣的是，当LIGO项目在上世纪90年代早期寻求美国政府的资金支持时，它在国会面对的最大反对者竟然是天文学家们。美国佛罗里达大学广义相对论专家，LIGO项目的早期支持者克里福德&威尔（Clifford Will）指出了出现这种情况的原因：&当时普遍的观点是认为LIGO这个项目与天文学之间似乎关系不大。&而反观今天的情况，人们对此的观点已经完全变化了。
　　欢迎来到引力波天文学的世界！
　　一、黑洞真的存在吗？
　　正如外界所传言的那样，此次宣布的消息是有关两个黑洞合并过程中产生的引力波信号。这样的事件是宇宙中最高能的事件之一&&这一过程中产生的引力波信号强度 甚至可以短暂超过整个可观测宇宙中所有恒星产生的引力波效应之和。与此同时，来自两个黑洞合并时所产生的引力波也是所有引力波类型中信号最清晰，最便于解译的类型之一。
　　当两个黑洞以螺旋形轨道逐渐相互靠拢时，合并过程便开始了，在此期间会释放出引力波。这种引力波拥有特征性的信号，科学家可以利用这些特征信号解译出合并的 两个黑洞各自的质量大小。在那之后，实际上这两个原先独立的黑洞就融为一体了。巴黎高等学术研究所的引力理论学家迪尔巴特&达摩尔（Thibault Damour）指出：&这就有点像是你将两个肥皂泡泡靠得很近，以至于它们最终融合一体了。而在合并的初始阶段，较大的那个泡泡会发生扭曲变形。&黑洞合并的情况非常类似，而一旦合并过程完成之后，形成的单一黑洞将恢复为完美的球形。
　　探测到黑洞合并产生的引力波信号，其中的一项意义可能会出乎一部分人的意料，那就是证实黑洞的存在&&至少由爱因斯坦广义相对论中所预言的那种纯粹、空旷的扭曲封闭的时空区域的确是存在的。这一信号的另外一层意义是可以让科学家们确认黑洞的合并过程的确是与先前的理论预测相吻合的。天文学家们手里已经掌握了 许多此类现象存在的证据，但到目前为止它们都来自对围绕黑洞周围存在的恒星以及高温气体行为的观测，也就是间接证据，而非来自黑洞本身的直接证据。
　　美国普林斯顿大学的广义相对论专家弗兰斯&普雷特瑞斯（Frans Pretorius）指出：&整个科学界，包括我本人，都已经对黑洞的话题感到厌倦，我们已经对此习以为常了。然而如果你想要宣布一项激动人心的预言，那么我们就需要看到非常扎实的证据。&
　　二、引力波是以光速传播的吗？
　　当科学家们将来自LIGO的观测结果与来自其他类型望远镜的观测数据进行对比时，他们检查的第一个项目往往就是查看这两个信号是否是在同一时间抵达的。物理学家们认为引力是由一种被 称作&引力子&的粒子负责传递的，它们就像构成光线的光子一样。而如果这些粒子也像光子那样不具有质量，那么引力波就将能够以光速传播，从而与广义相对论 中关于引力波应当能够以光速传播的预言相吻合。
　　然而另外一种可能性就是引力子可能具有极小的质量，如果情况是那样，这就意味着引力波的传播速度可能无法达到光速。如果的确如此，那么LIGO等设施将会发现来自遥远天文事件中产生的引力波信号抵达地球的时间要比工作在&射线波段等&传统&望远镜的探测到信号的时间稍晚一些。如果这一情况出现，那就将构成对基础物理学理论的重大挑战。
　　三、时空是由&宇宙弦&组成的吗？
　　如果能够探测到来自所谓&宇宙弦&的引力波信号，那么则会出现更加诡异的情况。所谓&宇宙弦&是一种假想中存在的宇宙时空弯曲中的缺陷，它可能与弦论有关，也可能无关。这种&宇宙弦&无限薄，但长度却能拉长到宇宙尺度。研究人员认为，这种宇宙弦如果的确存在，可能会产生一些扭结；而如果其中的一根弦断裂，则 会产生一阵引力波涟漪，这样的信号应该是可以被LIGO这样的设施监测到的。
　　四、中子星是完美的球体吗？
　　中子星是大质量恒星死亡之后留下的残骸，它们的密度极高，以至于将组成它们自己的原子中的电子压入了原子核，并与其中的质子中和形成了中子。科学家们对于中 子星环境下的极端物理了解甚少，而引力波将能够为我们提供这方面的全新信息。举例来说，中子星的超强引力场理论上会使整个中子星星体成为完美的球体。但一些研究人员却认为在中子星上可能仍然会存在&山峰&&&尽管高度可能只有几个毫米。但尽管如此不起眼，但严格来说，这些小&突起&的存在也的确让这样一类 直径一般仅有10公里左右的高密度天体的完美球体外观被打破了。通常情况下中子星的自转速度是非常快的，因此任何的微小凸起都将造成时空的扭曲并产生连续的引力波信号，这种引力辐射过程会带走一部分能量并造成中子星自转速度的逐渐下降。
　　相互绕转的两颗中子星也会产生连续的引力波信号。和黑洞一样，这两颗中子星会最终相互靠近并融合为一体。但这一过程和黑洞合并过程存在本质不同，普雷特瑞斯指出：&你面临大量不同的可能性，这取决于中子星的质量以及构成中子星的高密度物质能够施加的压力大小。&举例而言，两颗中子星合并后的结果可能是一个质量更大的中子星，但另外一种可能性是，这两者合并之后立即在巨大压力下塌缩，形成一个黑洞。
　　五、是什么引燃了恒星爆炸？
　　当一颗大质量恒星耗尽其自身内部燃料时，它将迎来死亡的时刻，在一次巨大的爆发之后形成黑洞或中子星。天体物理学家们认为这一过程正是形成II型超新星爆发的元凶。对于这类超新星爆发过程的模拟研究目前还未能明确给出是什么直接&点燃&了此类剧烈爆发的答案，但对于来自真实超新星爆发过程所产生引力波信号的倾听和分析将有望帮助我们最终找出这个问题的答案。根据这些引力波信号的波形特征、强度、频率以及引力波信号与电磁波信号抵达时间之间的相互关系，这些数据将帮助科学家们证实或排除现有的一些理论模型。
　　六、宇宙膨胀的速度有多快？
　　宇宙的膨胀意味着那些本身正在远离我们的遥远星系，它们的光谱红移值会大于真实数值，因为它们所发出的光线在抵达我们的路途中会由于空间本身的膨胀而被拉伸。宇宙学家们正是根据对遥远星系光谱红移值的观测，并将这一数值与这些星系的真实距离进行对比，从而反推出宇宙的膨胀速度的。而对于这些遥远星系的真实距离，则是根据这些星系内部出现的所谓Ia型超新星爆发亮度进行估算的。这种估算方法在天文学距离测量上被广泛使用，但必须承认这种方法同时也存在着很大的不确定性。
　　而如果全世界各地的多个引力波探测设施都检测到来自同一次中子星合并事件的引力波信号，那么将这些来自不同设施的观测数据结合起来，科学家们将有机会计算出这一信号的绝对强度，而这也将反过来让我们得以可靠地计算出这一中子星合并事件发生地与地球之间的距离有多远。同样的，我们还能够判断出信号发来的方向， 并据此进一步找到这一合并事件究竟发生在哪一个具体的星系内部。接下来，通过对这一星系红移值的观测，并将其与引力波信号得到的真实距离进行对比，我们将能够有机会在更高的精度上实现对宇宙膨胀速率的估算。
责编：陈健
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