作者:李薇薇 来源:中国教育报 发布时间:2016/2/29 11:26:03
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引力波里的中国高校好声音

 

一个跨越百年的“星海征途”,一代代科学家矢志不渝的上下求索。不久前,当“引力波”这三个字,以核裂变般的速度引爆全球,全世界都在为这扇探索宇宙新窗口的开启而欢欣鼓舞。这也是一场全世界科学家的“并肩作战”,在这场顶级世界难题的追问中,中国科学家从未放弃过自己的努力。
 
从上世纪70年代中山大学开始探测引力波,到此次与LIGO(激光干涉引力波天文台)“协同作战”的清华大学团队,再到由中山大学牵头启动的“天琴计划”……中国高校的引力波探测项目虽然波折迭起,但师生们不断探索新突破,从未放弃。本期,我们将聚焦中国高校在引力波探测中的故事,看看高校科研人如何探听宇宙的遥远回响。
 
中国足迹:波折迭起难觅“天际问候”
 
中山大学是国内引力波研究的先行者之一。1973年,中国科学院的王祝翔、秦荣先等人前往广州,商讨中科院高能所和中山大学合作进行引力波探测研究的事宜,得到中大物理系教授陈嘉言等人的大力支持。1976年,国家科委和教育部决定把这项研究定为国家重点研究项目。
 
1979年7月,意大利,第二届格拉斯曼广义相对论国际会议。陈嘉言因为在引力波研究方面的贡献,被聘为会议顾问委员会委员。在会上,陈嘉言作了《北京—广州引力波探测进展》的报告,这是中国的引力波研究第一次被国际社会所认可。
 
1982年1月,陈嘉言不幸在真空罐中触电殉职。在他离世后,由于人才队伍接续等问题,引力波研究也相继停滞。
 
我国的激光干涉仪引力波探测始于1984-1985年,由清华大学著名理论物理学家周培源教授发起。由周培源的学生李永贵和朱宁在中科院高能所引力室(北京中关村)的原理性实验平台搭建开始。1985年,激光干涉仪引力波探测实验便是朱宁的博士论文题目。但到90年代,因得不到经费支持,没有进行下去。当时连已经存在20年的引力实验室都解散了。
 
直到2008年,在中科院力学所国家微重力实验室胡文瑞院士的推动下成立了空间引力波探测工作组,引力波的中国研究才再启征程。
 
中国智慧:苦练“内功”净化天籁之音
 
2009年,清华大学被LIGO科学合作组织(LSC)接受为正式成员,也是目前中国大陆唯一的LSC成员。中国清华大学的科研团队以高精度的数据分析能力帮助“净化”了引力波探测中的干扰信号,加速了迈向星辰大海的征程。
 
“这次发现的确美妙和激动人心,但日常工作中的海量数据分析并不总是令人愉快。”清华大学信息技术研究院研究员、LSC理事会成员曹军威是清华大学LIGO工作组负责人,他说。这一研究团队着重应用先进计算技术提高引力波数据分析的速度和效率,参与了LSC引力波数据分析软件等相关研究。
 
为了捕捉“虚无缥缈”的引力波,研究者们苦练“内功”。曹军威说,最大的挑战在于LIGO数据的采样频率特别高,达到每秒1.6万次以上,采样信道达上万个,数据量大,需要先进的计算机处理技术做支撑,提高数据处理效率,这也是清华团队的工作重点。
 
“漫长的时间里LIGO探测器并没有达到设计精度,是探测不到真正的引力波信号的,可以认为实际大家在处理的全都是噪声,可就是在对这些噪声的一点一滴的处理中不断积累经验,不断提升仪器的精度,才有了今天的探测灵敏度。” 曹军威如是说。
 
中国力量:上天入地拨动“天琴”探真谛
 
如果说引力波是一场宇宙交响曲,那么美国LIGO的成果只是一个序曲。
 
“未来引力波的探测,中国应有一席之地,有自己的引力波探测平台,有自己的引力波天文台。”2月21日,中国科学院院士、中山大学校长罗俊在推进实施“天琴计划”研讨会上指出,“天琴计划”将成为中方主导的国际合作项目,集聚全世界最优秀的科学家朝着同一个目标努力。
 
2015年7月份,由中山大学发起的中国本土引力波探测工程“天琴计划”正式启动,该计划提出者正是中山大学校长罗俊院士。“天琴计划”是以引力波研究为中心,开展空间引力波探测计划任务的预先研究,制定中国空间引力波探测计划的实施方案和路线图,并开展关键技术研究。
 
目前,中山大学珠海校区正在建设引力波研究所需的地面基础设施。已经启动山洞超静实验室和激光测距地面台站基础设施建设,部分技术研究已有具体进展。
 
虽然中国没有在发现引力波这项研究中拔得头筹,但一系列与引力波探测相关的动作,正见证着中国高校和科研单位寻觅引力波的力度和决心。也许在不久的将来,引力波这个宇宙最美初音里终将会传出动听的中国音符。
 
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除了日前风头正劲的天琴计划外,中国还有多个与探测引力波相关的项目正在建设中……相信在不久的将来,倾听捕捉到宇宙中引力波的“呼吸”将不再是梦想。
 
太极计划:2008年,中科院多个研究所及院外高校科研单位共同参与开始发起“太极计划”。按计划,我国将在2030年前后将发射由位于等边三角形顶端三颗卫星组成的引力波探测星组,用激光干涉方法进行中低频波段引力波的直接探测。该工程可以覆盖地面装置无法探测的引力波中低频段。
 
阿里计划:致力于“在地面聆听引力波音符”的中科院国家天文台阿里观测站位于西藏阿里地区海拔5100米的山脊上。建成后,有望填补北半球观测宇宙微波背景辐射的空白。中国科学家更可在世界屋脊,捕捉宇宙诞生的“初啼”。
 
FAST:引力波会使脉冲到达时间发生变化。如果能观测到全天的脉冲星或者某一方向上的多个脉冲星周期发生变化,就能探测到引力波。中国贵州,科学家们正在建造面积相当于30个足球场的世界最大单口径射电望远镜(FAST)。该项目的一个重要目标是利用脉冲星探测引力波。
 
 
 
 
 
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2016/2/29 21:16:02 ceptvv
请那些研究引力波的乌云们回答以下几个问题再说发现引力波:1引力波相对于引力波探测器的传播方向。2引力波的弧度是多少。3引力波的频率宽度是多少。4引力波中的光速是多少。5引力波经过10几亿光年的传播衰减多少。
2016/2/29 19:18:55 F1987
科学的事情,量力而行,先会走再来跑,跟风就没意思了。
2016/2/29 16:49:35 guanluzhu
研究宇宙手段多多,何须引力波?不要跟风了。
2016/2/29 11:33:05 daxiash
陈嘉言去世的时候应该还只是副教授。那个年代,教授数量很少,大多数人是讲师,是副教授就已经是学术权威了。现在的副教授似乎还是在做助手。
目前已有4条评论
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