关于引力波

3万 · 2016-2-12 20:35

按照新闻里面的那个图片

该图片来自于：
http://tech.ifeng.com/a/20160212/41550181_0.shtml
按照他的描述，我们捕捉到了2个黑洞合并之前的0.01秒的信号
问题是，黑洞从靠近到合并可能要几千万年或者几百万年的时间，我们怎么就知道这一年会发生事情，并且监视他呢？

第二个问题，那个测试装置安装在地球上，地球上干扰信号比需要的信号至少大几千万倍，10km外老鼠的呼吸震动都能盖过这个信号，他如何分离出有用的信号。他用激光衍射的确灵敏度极高，但是干扰信号也会让激光震动。

3万 · 2016-2-12 20:38

这样的图形的确是2个大质量球体围绕共同质心旋转的频率，这个俺可以理解的

1万 · 2016-2-12 21:10

很远的地方产生的引力波现在到了地球了。。。。脑力不够智能凑活理解了

1万 · 2016-2-12 21:49

本帖最后由 jameswangchip 于 2016-2-12 21:53 编辑

这是今天来自清华大学的一条新闻：引力波成功探测——爱因斯坦百年预言证实！
激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到双黑洞碰撞产生的引力波，开启了探索宇宙的新窗口。
作为中国大陆唯一LIGO科学合作组织成员，清华大学研究团队作出贡献。
http://news.tsinghua.edu.cn/publ ... 0419084765334_.html

清华新闻网2月12日电 2016年2月11日，美国国家科学基金和欧洲引力天文台召开对外新闻发布会，正式宣布有史以来，科学家第一次直接观测到了来自遥远宇宙的剧变事件所产生的时空涟漪——引力波。这一探测证实了阿尔伯特·爱因斯坦1915年发表的广义相对论的一个重要预言，并开启了一扇前所未有的探索宇宙的新窗口。

引力波携带了产生它的经历异常激烈天体物理过程的天体源信息，同时引力波还携带了揭示引力本质的信息，这些信息是其它类型信号所不能获得的。物理学家们确信他们探测到了来自两个黑洞最后并合瞬间的引力波，这两个黑洞的并合最终形成了一个更大质量的快速旋转的黑洞，这一现象长久以来就被理论预言，然而在此之前从未被观测到。

这一引力波信号于世界协调时间2015年9月14日9：51（北京时间当天下午17：51），由分别位于美国路易斯安那州列文斯顿（Livingston, Louisiana）和华盛顿州汉福德（Hanford, Washington）的激光干涉引力波天文台（LIGO）的一对探测器同时探测到，该台由美国国家科学基金资助，由加州理工学院和麻省理工学院构思、建造并运行。这一发现是由LIGO科学合作组织（包含GEO合作组织和澳大利亚干涉引力天文协会）以及室女座引力波探测器（Virgo）合作组织共同完成，数据来自两个 LIGO探测器。本次发现被物理评论快讯（Physical Review Letters）期刊接受发表。

分别位于Livingston和Hanford的LIGO探测器以及它们分别探测到的引力波信号。两个探测器距离3000公里（相当于光速传播10毫秒）。这一引力波首先到达Livingston探测器，7毫秒之后到达Hanford探测器，这意味着引力波源位于南半球天区。另外，根据这一观测信号，LIGO科学家算出事件发生在13亿年前，两个黑洞分别为29和36倍太阳质量，在不到1秒的时间内将大概3个太阳质量的物质转化为了引力波，峰值功率输出大概相当于可见宇宙总功率的50倍。

LIGO的研究工作由LIGO科学合作组织（LSC）完成，这一合作组织包含来自美国和其他14个国家的1000多名科学家。LSC中的90多所大学和科研机构参与研发了探测器所使用的技术，并分析其产生的数据；在组织中，有约250名做出重要贡献的成员是学生。LSC探测网络包括LIGO和GEO600探测器。GEO团队包括来自于德国马克斯—普朗克引力物理研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所（AEI）），汉诺威莱布尼兹大学与格拉斯哥大学，加迪夫大学，伯明翰大学，其他英国的大学以及西班牙的巴利阿里群岛大学的科学家。

LIGO这种用激光干涉探测引力波的方法最初是在上世纪80年代提出的，主要的提出人有麻省理工学院物理学荣休教授雷纳·韦斯（Rainer Weiss），加州理工学院的理查德·费曼理论物理学讲座荣休教授基普·索恩（Kip Thorne）以及同样来自加州理工学院的物理学荣休教授罗纳德·德雷弗（Ronald Drever）。

室女座引力波探测器（Virgo）的研究工作由Virgo合作组织完成，这一组织包含250多名物理学家和工程师，分别隶属于19个不同的欧洲的实验室，包括法国国家科学研究中心（CNRS）的6个研究所、意大利国家核物理研究院（INFN）的8个研究所、2个荷兰国家核物理及高能物理研究所、匈牙利维格纳研究所，波兰引力研究组和放置室女座引力波探测器的欧洲引力天文台。

这一发现得益于**激光干涉仪引力波天文台（Advanced LIGO）探测能力的大大提升。相比于第一代LIGO探测器，Advanced LIGO的重要升级工作使得仪器的灵敏度大大增强，从而可以大大增加可探测的宇宙空间，也直接导致在其第一次观测运行中发现引力波。美国国家科学基金会主导了**激光干涉的财政支持。德国的马克斯—普朗克学会，英国科学与技术设施委员会和澳大利亚研究基金会等资助机构均作出了重要支持。使**探测器灵敏度大大提高的几项关键技术由德国—英国的GEO合作组织开发并测试。主要的计算机资源由AEI的Atlas机群，LIGO实验室，雪城大学和威斯康星大学密尔沃基分校贡献。一些大学设计、建造并测试了Advanced LIGO的关键部分：澳大利亚国立大学、阿德莱德大学、佛罗里达大学、斯坦福大学、纽约哥伦比亚大学和路易斯安那州立大学。

2009年LSC接受清华大学为正式成员，清华大学目前是中国大陆唯一一个LSC成员。清华大学LSC研究团队由清华大学信息技术研究院研究员，清华大学天体物理中心兼职研究员，LSC理事会成员曹军威负责，研究团队还包括清华大学计算机系副教授都志辉和王小鸽等成员。研究团队着重采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引力波暴和数据分析软件等工作组相关研究。

清华大学研究团队主要与麻省理工学院、加州理工学院和西澳大利亚大学等LSC成员合作开展工作，主要研究成果包括：GPU加速引力波暴数据分析和实现低延迟实时致密双星并合信号的搜寻；采用机器学习方法加强引力波数据噪声的分析；分析引力波事件显著性的系统误差等，研究成果发表在物理评论D等期刊。清华大学研究团队还参与构建引力波数据计算基础平台，开发的数据分析软件工具为LSC成员广泛使用。另外，六年多来研究团队作为LSC成员，LSC数据分析结果已经在自然、物理评论快讯、物理评论D等期刊上发表论文数十篇，按LSC国际合作规则，论文由全体成员署名，按作者姓氏的英文字母次序排序。清华大学LSC研究团队的工作获得了国家自然科学基金委和清华大学自主科研计划项目的支持。

虽然国际上引力波科学研究和观测工作开展的如火如荼，中国在这方面的基础还相对薄弱，目前尚没有自主建设的引力波天文台。随着国际上引力波直接观测的成功和引力波天文学时代的开启，中国亟需自主建设引力波天文台，一是要脚踏实地从培养人才入手，二是要有开放合作的心态，充分借鉴国际上已有的研究和实验成果，三是要大力加强科学目标引领下的跨领域合作，才有可能带动一系列的技术创新和科学发现，进一步推动我国引力波科学研究的发展。

1万 · 2016-2-12 22:05

新闻背景：2016年 2月11日，加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台（LIGO）”的研究人员当天在华盛顿举行记者会，他们探测到引力波的存在。

其实除了美国加州理工学院、麻省理工学院等世界知名大学，美国斯坦福大学也参与了LIGO 的研究。以下是新浪科技郑峻发自美国硅谷的报道。

　　在爱因斯坦提出引力波概念整整100年后，人类终于首次直接观测到了引力波信号，验证了爱因斯坦的预言。而这一划时代的探测发现，则来自于“激光干涉引力波天文台”(LIGO)科研项目。这一项目最初在上世纪80年代由麻省理工学院和加州理工学院共同提出，并在1992年得到了美国国家科学基金会(NSF)的资金支持。

　　随后两家学院将LIGO提升为LSC科研合作组织(LIGO Scientific Collaboration)，吸引越来越多的高校加入这个项目。如今“先进LIGO”(Advanced LIGO)项目已经包括了全球100多所高校，吸引了上千名博士投入研发，包括日本、德国、英国、意大利、澳大利亚、加拿大、中国和印度等主要国家。

　　作为美国知名高校，斯坦福大学也在后期加入“先进LIGO”项目，参与设计了项目最为核心的技术之一——减震系统。作为斯坦福大学博士，来自中国河北的化文生曾经为这个研究课题投入了整整六年时间。在引力波发现之后，心情颇为激动的他接受了新浪科技驻美记者的采访。化文生博士先后效力过谷歌、苹果、Airbnb等多家硅谷知名公司。

　　以下是经过编辑的化文生博士口述稿：

　　六年黑洞生涯

　　前两天突然收到老师的Email，叫我11号早上7:30一定要去斯坦福听LIGO的新闻发布会直播。他说不能告诉我内容，但叮嘱我一定要去。我猜一定是 LIGO 出结果了。离开 LIGO 已经10多年了。今天听完发布会，还是像孩子一样兴奋。再次想起了那些年追逐引力波的往事和那远去的青春。

　　1999年到2005年，我在斯坦福大学电子工程(EE)系就读博士，研究课题就是“先进LIGO”项目的减震系统设计。和之前“第一阶段LIGO”相比，“先进LIGO”项目有几个方面的提升：干涉仪系统、激光功率、减震系统。这三方面提升令“先进LIGO”的设计精确度比之前提升了十倍。

　　斯坦福主要参与了激光系统和减震系统的设计，减震系统大概是98年开始，主要就是我和另外一位同学负责。我做了低频减震的系统设计和控制，这是最基础的部分。这个项目也是多个高校共同推进的，因为系统设计和制造是非常复杂的，我们做的是最基础的研究。我们当时也经常去麻省理工和加州理工开会，每周都会就研究进展进行沟通。

　　我的导师是丹尼尔·德布拉(Daniel DeBra)，美国最知名的航空航天专家之一，美国科学院院士、自动控制学会(AACC)前会长。他涉及的研究成果主要有：引力探测器B(Gravity Probe-B ,GP-B)、等效原理空间试验检验(Space Test of the Equivalence Principle, STEP)以及就是LIGO。

　　我在斯坦福的实验室就像一个大黑洞。半地下的钢筋混凝土建筑。墙有一米厚。里面有半个篮球场大，十来米深，但没有一个窗户。打开灯之前就是一个巨大的黑洞。后来我才知道，这里是斯坦福线性加速器（就是出了三个诺贝尔奖的地方）的前身。

　　而且，这个黑洞旁边还有更大的一个黑洞：同样的钢筋混凝土但有一个篮球场大，20米深。里面有几个研究生在捣鼓各种各样的黑科技。因为以前这里是加速器的实验室，这两个黑洞里还残留了微弱的放射性。于是在这之后的六年，我就在带有放射性的“黑洞”里设计仪器，用来探测宇宙中遥远的黑洞放射出的引力波。

　　“先进LIGO”设施包括两个激光束，通过反射镜反射回来发生干涉。要探测到(极其微弱的)引力波，就首先需要隔离大地带来的影响，因为大地不停的在震动。举例来说，海水拍击海岸的噪音就是一个最主要的噪声源。去除各种噪声干扰，这就是减震系统的意义。其他的电磁干扰则有其他的隔离措施。

　　减震系统详解

　　我们主要用的传感器是地震仪，斯坦福购置了世界上最好的地震仪，测量大地震动之后，然后通过反推系统来消除噪声。在这个地震仪的基础上，我们进行了改动，进一步降低了噪声。

　　当时我们的研发分两步走。第一步是把减震频率做到1赫兹，第二步就是做到0.1赫兹。第一步只用了半年，我原本以为不到三年就可以毕业了，但后来发现要做到0.1赫兹困难非常大。最主要问题就是在低频的时候，传感器会有干扰；而由于等效原理的存在，这个干扰是无法去除的。

　　我们一开始想尽办法去除干扰，后来发现无法实现这个目标；光是发现干扰无法去除这个过程，我们就花费了整整一年。最后我们就只能假设这个干扰永远存在，然后怎么才能把系统做到最好，努力做到干扰存在下的系统极限。幸运的是，最后我们所能做到的技术极限正好够用了。

　　减震系统主要分为两部分，一共有七级。前三级是自动控制系统，包括传感器和动力系统。简单的说，如果传感器感受到大地向东移动，那就用动力系统把系统向西推。这就是基本原理。后面四级因为暂时缺乏先进的传感器，因此就是靠单摆原理，这最后几级的设计主要是在苏格兰的格拉斯哥做的。斯坦福做的主要是上面三级，又称为isolation；后面四级则叫做suspension。

　　我们设计的减震系统是目前技术最领先的，所有其他系统的减震能力至少比我们差十倍，某些指标可能差距百倍。举例说减震频率，一般减震系统只能做到1赫兹，但我们这个可以做到0.1赫兹，这已经是减震的极限标准了。然后是减震倍数，一般系统只能做到十倍二十倍，但我们可以做到上千倍。这是最主要的差别。

　　除了LIGO这样的科研项目，我们研发的减震技术还可以用于物理实验和精密加工等诸多商用技术上，其中就包括了芯片制造。举例来说，现在芯片的线宽越来越小，已经到了14纳米，下一代可能是9纳米，如果其中震动超过9纳米的话，那芯片就无法制造出来。而且现在系统越来越复杂，下一代可能需要紫外线或X光才能刻制，对减震的要求也会越来越高。此外，减震技术还可以用于导航系统和惯性参照系统上。

　　减震技术能够推动自动控制、传感器、测量系统等很多领域的发展，因为这项技术需要多个领域技术的共同突破才能推进，反过来也会带动诸多产业技术的深远发展。举例来说，斯坦福的激光技术可以用在激光武器、物理实验、热核反应等诸多领域，而光电接收器可以运用于太阳能采集。现在大数据里面的并行计算等技术都是LIGO项目所最先使用的。

1万 · 2016-2-12 22:14

首个位于地球之外13亿光年的引力波源GW150914被人类直接探测到，这是一个值得纪念的伟大时刻，欢迎你来到引力波时代！
引力波源 GW150914被人类直接探测到，有几个科学幻想。
1.可以应用引力波技术完成火星移民吗？美国的马斯克不用建造火星飞船了。我们瞬时瞬距和火星叔叔马丁见面。
2.13亿光年距离的双星形成黑洞是否可以瞬时瞬间达到？如果有这样的技术，大家以后春节就不用飞机，火车，汽车，轮船等等外出，瞬时瞬距回家拜年了。
3.GW150914 引力波发现事件是否还有其他的实验手段或者第三方机构确认？
4.这次伟大的发现从基础科学到应用科学会带动哪些产业发展？在10年之内是否会获得诺贝尔奖？

4万 · 2016-2-13 00:19

楼主理解有误，这可不是事先的监视，而是事后分析才得出的结论，用了几个月的时间。过去曾有多次对引力波的观测报告，但因无法证实而不被认可，其中包括中国科学家的相关实验。这次公布发现引力波是基于2015年9月14日两座LIGO（激光干涉仪引力波天文台）先后获得的一组数据，时间间隔约7mS，符合光速在两座LIGO间的传输时间，可信度很高，去年就已经有报道。但为了最终确认，来自世界各地的LIGO合作组织成员（其中包括中国科学家）借助超级计算机和全球级的云计算平台（任何人都可以参与，贡献空闲CPU处理能力），历时几个月并根据其它观测数据的相互印证最终才判定本次发现的细节和来龙去脉。

4万 · 2016-2-13 00:25

jameswangchip 发表于 2016-2-12 22:14
首个位于地球之外13亿光年的引力波源GW150914被人类直接探测到，这是一个值得纪念的伟大时刻，欢迎你来到引 ...

你的幻想并没有基于逻辑和科学。引力波的发现只是一次偶尔事件，确认了理论而已，引力波本身与火星移民毫无关联。关于引力波的性质和黑洞，你的幻想不着边际，至少说明了你对相关物理概念实在缺乏了解。说句实话而已。
对科学事件有兴趣是好事，但能够把兴趣转换成学习的动力并持之以恒才是有现实意义的。

3万 · 2016-2-13 10:36

计算了一下，黑洞合并之前相距200km的话，轨道半径一千多公里。引力振荡频率150hz，说明那时候2个黑洞围绕质心旋转速度是150转每秒。
他们的线速度是188495.5592km每秒
光速的一半还多
但是他们的质量是30个太阳以上

**，把30个太阳的质量加速到一半光速以上

3万 · 2016-2-13 10:37

把30个太阳的质量加速到一半光速以上，这是宇宙间最强大的动力了吧

3万 · 2016-2-13 10:40

计算了一下，黑洞合并之前相距200km的话，轨道周长一千多公里。引力振荡频率150hz，说明那时候2个黑洞围绕质心旋转速度是150转每秒。
他们的线速度是188495.5592km每秒
光速的一半还多
但是他们的质量是30个太阳以上

1万 · 2016-2-13 11:39

这个也是凡人玩儿的吗？甚至还敢“用数值说话”？

3万 · 2016-2-13 12:01

今天闲的蛋疼，计算一下。呵呵

1万 · 2016-2-13 16:10

1.“GW150914”是按某国际公认规则的宇宙探测“事件”编号，而非“信号源”編号。
2.“GW150914”是人类有组织计划有目的目标的长期主动【探测】行为。仅其结果的确认必然也是按计划进行的，自然必需一定时间的。此意义上讲"引力波的发现"并非偶然。
3.人类文化真地绚丽多彩，童话般的想像无不可爱！然而从哲学角度瞄去：令世界上任意两个事物之间毫无关联都难。
4.什么鬼“波”！虽然电工接触波儿不少，对此也仅限于勿需描述的“理解层面”，那怕再多进一点点都是谬误。

蛋疼，呵呵