发现引力波:内部故事©Getty Images

发现引力波:内部故事

它是世纪的物理发现 - 甚至比Higgs Boson更大。这是它发生的事情以及其中一个主要成员的主要成员

一百年前阿尔伯特爱因斯坦在他的 相对论的一般理论 预测宇宙的暗一侧的存在。他以为有隐形的“引力波”,在宇宙中一些最暴力事件产生的时空涟漪 - 爆炸星星,碰撞黑洞,也许甚至是大爆炸本身。几十年来,天文学家聚集了强烈的腐败证据,即这些波的存在,但他们从未直接检测到 - 直到现在。他们是仍然核实的一般理论的最后一部分。

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天文学家使用光线来研究宇宙与光学望远镜数百年。自20世纪中叶以来,我们已经扩大了这一观点,通过建造对所有形式的探测器和镜子敏感的物理学家(灯)敏感的探测器和仪器:电磁谱,从伽马射线到无线电。然而,引力波的发现代表了我们通过引力波谱研究宇宙的第一步,它通过光波谱来独立地存在,直接探测重力的影响,因为它在宇宙中传播。它是天文学和科学的全新章节中的第一页。

我们如何发现发现

当美国不同地区的两个巨大测量设备时,发现可以追溯到去年9月 叫利戈 (激光干涉仪重力波观测台)从遥远的星系中的两个大规模黑洞的碰撞中捕获了传承的引力波。 Ligo是我们所谓的干涉仪,由两个4km“臂”彼此成直角设定,由混凝土管保护,并且激光束在每个端的镜子上由镜子来回反射。

Ligo华盛顿。 ©Anthony Bolante.
Ligo华盛顿。 ©Anthony Bolante.

当引力波通过时,空间的拉伸和挤压会交替地使这些臂延长并收缩,而另一个变长,然后反之亦然。随着臂的变化长度,激光束需要不同的时间来穿过它们。这意味着两个光束不再“在步骤中”,并且我们所说的是产生干扰模式 - 因此名称干涉仪。

手臂长度的变化实际上是微小的 - 大约百万百万百万百万百万人的头发的宽度。这是因为来自宇宙中遥远的引力波的信号是思想令我们难以置信的困难。仿佛检测到这一点不够困难,地球上的各种局部干扰使其变得更糟,从地面摇动到电网波动;可以模仿或确实完全扫过来自宇宙的真实信号的乐器“噪音”。

为了实现所需的令人惊讶的灵敏度,几乎在过去几年中几乎升级了Ligo探测器设计的各个方面。我们在格拉斯哥大学领导了英国机构的联盟,该机构发挥了关键作用 - 开发,建造和安装在Ligo探测器的心脏的敏感镜悬架,这对该首次检测至关重要。该技术基于我们在英国早期/德语的工作 GEO600探测器。这将Ligo转化为先进的利加罗,可以说是最敏感的科学仪器,为我们提供我们的第一次直接瞥见黑暗宇宙。

很久以前 …

什么A. 瞥见它是。碰撞的两个黑洞分别是我们太阳质量的约29倍和36倍(如下计算机可视化所示)。顺便提一下,第一个直接证据是存在黑洞的,可以存在于一对中,并且可以碰撞和合并。将数据与Einstein的预测进行比较使我们能够测试一般相对性是否正确描述了这种碰撞 - 它们通过了飞行的颜色。

黑洞碰撞

合并从地球发生超过10亿光年,将阳光质量的三倍转化为引力波能量。在一秒钟的一部分中,通过这些波辐射的功率大于可观察宇宙中每种星系和星系的组合光度的十倍。很久以前,这是一个真正的大灾变事件在远处的星系中。在 星球大战 Darth Vader告诉我们不要“低估黑暗面的力量”。这个惊人的发现表明他是如何正确的。

当然,我们的发现不仅仅是检查爱因斯坦是否正确。探测引力波将有助于我们探测宇宙最极端的角落 - 黑洞的事件范围,超新星的内心心脏,中子星的内部结构:电磁望远镜完全无法进入的区域。

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我们可以针对地球上的实际应用程序使用引力波吗?关于黑暗宇宙的新见解,也许在远期,不仅仅是为了衡量引力,而是为了操纵它们,可以在空间殖民地和虫洞中想象 Christopher Nolan的星际术?这更难预测,但历史的课程是我们发现和探索的新现象经常导致我们日常生活的破坏性技术。这可能需要几个世纪,但我相信与引力波相同。

马丁亨德里,引力天体物理学和宇宙学教授, 格拉斯哥大学

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