美国当地时间2月11日上午10点30分(北京时间2月11日23点30分),美国国家科学基金会(NSF)召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布:人类首次直接探测到了引力波!

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【人类首次直接探测到引力波】

这次探测到的引力波是由13亿光年之外的两颗黑洞在合并的最后阶段产生的。两颗黑洞的初始质量分别为29颗太阳和36颗太阳,合并成了一颗62倍太阳质量 高速旋转的黑洞,亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间,经过13亿年的漫长旅行,终于抵达了地球,被美国的“激光干涉引力波天文台”(LIGO) 的两台孪生引力波探测器探测到。

在物理学上,引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,如同石头丢进水里产生的波纹一样,引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”。通常引力波的产生非常困难,地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进,发出的引力波功率仅为200瓦,还不如家用电饭煲功率大。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件才可以形成强大的引力波,但能产生这种较强引力波的波源距离地球都十分遥远,传播到地球时变得非常微弱。【阅读原文】

什么是引力波? 查看详细>>

【张天蓉:终于探测到了引力波】

与电荷运动时会产生电磁波相类比,物质在运动、膨胀、收缩的过程中,也会在空间产生涟漪并沿时空传播到另一处,这便是引力波。

爱因斯坦在100年之前预言存在引力波,但是,由于引力波携带的能量很小,强度很弱,物质对引力波的吸收效率又极低,一般物体产生的引力波,不可能在实验 室被直接探测到。举例来说,地球绕太阳相互转动的系统产生的引力波辐射,整个功率才大约只有200瓦,而太阳电磁辐射的功率是它的1022倍。

测量到引力波的意义非凡,首先,这意味着科学家们可以通过它来进一步探测和理解宇宙中的物理演化过程,为恒星、星系、乃至宇宙自身现有的演化模型,提供新的证据,有一个更为牢靠的基础。其二,过去的天文学基本上是使用光作为探测手段,而现在观测到了引力波,便多了一种探测方法,也许由此能开启一门引力波天文学。此外,大爆炸模型,以及黑洞等发射的引力波,都是建立在广义相对论的基础上。如今真正探测到了理论预言的引力波,就能再次证明这个理论的正确性。【阅读原文】

【张天蓉:从类星体到引力波】

第一个在吸积盘内发现有双超重黑洞的类星体是位于室女座的PKS1302-102,它距离地球35亿光年。这个类星体位于一个椭圆星系内。根据计算,这两个黑洞应在33.39亿年前就已经互相吞噬而合并了,但这合并后的景象传到我们这儿需要35亿年!这些光信息还在半途中,因而我们仍然观测到“双黑洞”!

此外,除了光信号之外,还有物理学家们正在寻找的引力波,这是爱因斯坦在天国里也要“梦寐以求”的东西啊。【阅读原文】

 

如何探测引力波? 查看详细>>

【陈孝良:人类可以“听到”的引力波】

美国东部时间2015年9月14日5时51分,位于利文斯顿的探测器首先传出撞击声,7毫秒后,汉福德的探测器也传出撞击声。这意味着有引力波传到了地球,并被美国的“激光干涉引力波天文台”(LIGO)的两台孪生引力波探测器探测到。

下图显示了GW150914的频率在0.2秒内从35赫兹迅速增加到150赫兹,时间相差7毫秒,这个时间差与光或者引力波在两个探测器之间传播的时间一致。

35赫兹到150赫兹,这个频段实际上是人类可听到的低频声音,所以才会在激光干涉探测中产生上述类似撞击的声音出现。LIGO给出了这个信号片段。但是,用手机喇叭和耳机播放的朋友们就别尝试了,这个频段普通手机喇叭和耳机是很难播放出来的,需要接到一个专业音响系统中才能感受到人类首次探测到引力波的喜悦!【阅读原文】

【岳东晓:黑洞狂舞之声——引力波畅想曲】

1960年代,美国物理学家约瑟夫-韦伯 (Joseph Weber) 设计了一组实验,通过观测金属铝圆柱体的振动来观测引力波。

韦伯的努力鼓舞了后继者。

 

LIGO是一个L型的激光干涉仪,L型的每个臂长为4公里,里面抽成超高真空。建造这么个观测站耗资数亿美元,每年运行费用数千万。从2002年建成后运行8年,一直没有探测到引力波。经分析总结之后,认为必须升级提高灵敏度。于是又投入数亿美金,进行升级改造。终于非常肯定地探测到了引力波。

这次LIGO探测的引力波最大的信号为十万亿亿分之一。这是个什么概念呢? 探测器的臂长是4000米,这个长度的十万亿亿之一是400亿亿分之一米,而一个氢原子的半径约为400亿分之一米。也就是说,LIGO探测到的长度最大变化只有一个氢原子半径的一亿分之一。其效应如此之小,引力波的概念爱因斯坦在100年前提出,到今天才被探测到也就并不奇怪了。【阅读原文】

引力波背后的故事 查看详细>>

【刘立:发表“人类首次直接探测到爱因斯坦引力波”的Paper究竟说了些啥】

作者署名按作者姓氏的英文字母次序排序(专业领域的惯例;而不是所谓一般学科基于贡献大小的通行惯例)。

作者只列一个作者(Abbott)[这位老兄赚大发了],其他作者都"等”(et al.)掉了。LIGO的一把手Prof David Reitze, executive director of the LIGO project,也不例外,“埋没”在茫茫人海之中。【阅读原文】

【梁鹏:爱因斯坦也曾犯错】

1936年,爱因斯坦的狭义相对论已经使得他获得了科学界的至尊地位的时候,他的一篇文章《引力波存在吗?》投向了《Physical Review》,文章的结论是:引力波不存在!

半年后,爱因斯坦的这篇文章在《富兰克林研究院期刊》(Journal of the Franklin Institute)发表,但是值得注意的是结论已经变成了引力波存在!原来这篇文章的被送到了和之前同一位审稿人手中,这位年轻的审稿人Howard P. Robertson设法结交了爱因斯坦的新助理应菲尔德 (Leopold Infeld),并有机会和应菲尔德讨论爱因斯坦的文章,他们一起发现了爱因斯坦推论中的错误。【阅读原文】

【李泳:引力波的预言与猜想】

这两天引力波“浪”起来了,想起老K的预言。LIGO是加州理工玩儿虫洞穿越的Kip Thorne和MIT的Rainer Weiss在30年前发起的大科学计划,老K在《黑洞与时间弯曲》里讲过那段草创时期的故事。2000年6月,老K过60岁生日,在朋友们为他举行的纪念会上,他大胆讲了10个预言或猜想,大都与引力波有关。

引力波是这些猜想和预言里最不激动人心的(因为对相对论的信心不需要这一点事实来加强),更令人好奇的是,老K的其他预言什么什么时候成真?【阅读原文】

【施郁:从引力波谈爱因斯坦的幸运】

1936年的爱因斯坦幸运地被同行评议制度避免了发表一篇错误的论文,而1905年的爱因斯坦恰恰曾幸运地因为德国《物理学年鉴(Annalen der Physik)》的宽松而得以在该杂志发表5篇改变物理学的论文,特别是看上去离经叛道的狭义相对论和光量子论文。而在爱因斯坦移居普林斯顿后完成的爱因斯坦、罗森和玻多尔斯基(B. Podolsky)质疑量子力学完备性的论文(EPR论文)以及爱因斯坦和罗森关于爱因斯坦-罗森桥(即虫洞)的论文都未经审稿在物理评论发表。【阅读原文】

 

探测到引力波的意义 查看详细>>

【科学家发现引力波 霍金:是科学史上重要一刻】

 霍金(Stephen Hawking)在接受英国广播公司(BBC)专访时表示:“引力波提供看待宇宙的崭新方式,发现它们的能力,有可能使天文学起革命性的变化。这项发现是首度发现黑洞的二元系统,是首度观察到黑洞融合。”

“除了检验(爱因斯坦的)广义相对论,我们可以期待透过宇宙史看到黑洞。我们甚至可以看到宇宙大爆炸时期初期宇宙的遗迹、看到其一些最大的能量”,霍金说。

资助这项研究的美国国家科学基金会(US National Science Foundation)负责人柯多瓦(France Cordova)表示,“如同伽利略首度把他的望眼镜指向天空,这项对天空的新观测,将会加深我们对宇宙的理解,引发超乎预料的发现。”

柯多瓦说:“LIGO迎来天体物理学全新领域的诞生。”【阅读原文】

【引力波探测将推进黑洞和宇宙学研究】

“此次美国科学家直接探测到引力波,一方面验证了爱因斯坦的广义相对论,另一方面也开启了人类认识宇宙的一个新窗口——引力波天文学。”2月14日,复旦大学物理系教授施郁在接受《中国科学报》记者采访时说。

据了解,以往观测宇宙都是采用各种电磁波,但电磁波存在一定的局限性,导致有些天体过程无法进行观测,比如产生此次引力波的两个黑洞的并合过程。“所以,这次观测到引力波也是人类首次观测到这种黑洞过程,并且引力波探测还可以与电磁波和中微子探测结合起来,黑洞和宇宙学的研究会受到很大的推进。”施郁表示。

中国科学技术大学物理学院教授蔡一夫蔡一夫表示,此次探测到引力波可能宣告一个大时代的来临。一百多年前电磁波的标准理论提出后,人类很快进入电气时代,并因此完成了若干次技术革命和社会生活的颠覆。而引力波的物理意义要超越电磁波,因此“将引力波的发现视作一个新时代的来临,应该不为过分”。【阅读原文】

中国引力波研究现状 查看详细>>

【中国引力波探测工程“天琴计划”正在立项】

中国本土重大引力波探测工程“天琴计划”已经于2015年7月份正式启动,部分关键技术研究已有具体进展,目前正在立项中。

据介绍,中山大学“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。

完成全部四个子计划,大约需要二十年的时间,投资大约150亿元人民币。【阅读原文】

【引力波探测者:LIGO与天琴计划不矛盾】

地面和天空探测是不同的波段,看到的圆是不同的,学到的知识也是不一样的。不同的波段会有不同现象,能看到不同的东西,这个计划本身是没有矛盾的。

如果考虑到地面已经探测到引力波,对于空间探测将是一个鼓励,“天琴计划”很可能会相比地面探测到的黑洞更大,可能看到星系中心大质量黑洞的并合过程,它们可以研究了解到宇宙早期星系演化的过程,这个是地面上探测不到的,因此“天琴计划”可以探测到更多新的信息,两个项目研究是完全没有矛盾的。【阅读原文】

【跨越数十年的接力:捕捉引力波的中国力量】

“1969年,美国马里兰州立大学的约瑟夫·韦伯宣称,他已探测到不排除为引力波的信号。这引起物理学界极大的注意。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引力波符合探测研究的事宜,得到中大及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。”

目前,我国主要有两大引力波探测项目:中科院高能所主导的‘阿里实验计划’和中山大学领衔的‘天琴计划’。一个是在地面上聆听引力波的音符,一个是到太空去捕捉引力波的声响。

来自科技部的消息显示,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狮泉河镇以南海拔5100米的山脊,海拔高、云量少、水 汽低、透明度高。其选址工作在国家天文台相关研究人员的带领下,持续长达10年,已成为天文台选址工作的典范。建成后,其地理上的中纬度范围、对天区的广 阔覆盖,有望填补北半球观测宇宙微波背景辐射的空白。【阅读原文】

【王贻芳:从“引力波的发现”看中国科研体制】

回顾这十几年我国科学的发展历程,虽然进步很大,但也不是没有遗憾。我们曾与加州理工学院讨论过参加LIGO及aLIGO的可能,但由于种种原因放弃了。总结起来,我国科研管理体制的具体问题有以下几个:

第一,条块分割,制度简单僵化,抑制了科研活力……【阅读原文】

【中科院空间太极计划欲“巧夺天工”】

2016年2月16日上午,中国科学院在北京披露了一项雄心勃勃的引力波探测项目——空间太极(Taiji)计划。按计划,我国将在2030年前后发射引力波探测卫星组,进行中低频波段引力波的直接探测。目前,在中科院空间科学先导专项两期预研项目的支持下,已经开展了近五年的预先研究。【阅读原文】

 

引力波
探测计划


太极计划


天琴计划


阿里计划

项目类别

空间探测计划

空间探测计划

地面探测计划

主导单位

中科院

中山大学

中科院高能所

探测频段

中低频

中低频

低频

 


实施方案

 中欧合作的国际合作计划,方案I是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划。方案II就是发射一组中国的引力波探测卫星组,与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空,进行低频引力波探测。方案II拟于2033年前后发射,实现中国大型先进科学卫星计划的突破。

 计划用20年时间,通过四个阶段实施,完成所有空间引力波探测所需的关键技术,发射三颗地球高轨卫星进行引力波探测。

 利用阿里地区独特的地理气象条件,实现首次对北半球可见天区的原初引力波搜寻,是我国独具优势的引力波研究项目。主要使用一台微波波段的望远镜,通过极其敏感的探测元器件,排除地球大气和银河系的干扰,搜寻从137亿年前跨越整个宇宙传播到地球的宇宙微波背景辐射。

投资预算

未定

150亿

1亿