为什么引力波很难探测?
一是因为引力波源距离我们很远,二是即便有引力波,它跟物质的相互作用极小,一个引力波扫过你,你可能根本就没有任何的感觉 。
在地球上一个氢弹的爆炸,所产生的引力波的量ji是10的负27次方时空上的变化,这是我们无论如何也探测不到的 。
必须有大质量天体的极端运动,才能产生足够让人类现在能探测到的引力波 。这个量ji有多少?
我们这次探测到了在10的负18次方时空里,有四个格之间我们发现了其中一格的空间晃动了一下 。
为了探测到这个信号,我们建造了一个激光干涉引力波天文台,它台的臂长有4公里长,两个臂是垂直的,都有4公里 。这里能看到光学的激光器件,信号是从这里被探测到 。
这个天文台的基本工作原理是:一束激光打出来,翻成两束,再反射回来,如果两臂绝对等长,那在成像仪上就没有信号 。
如果由于引力波的作用使得一个臂压缩,另一个臂拉伸,那就会在这个成像仪上产生信号 。
时空都是相对的,唯有光速是绝对的,所以我们要借助激光这个媒介来测量空间的弯曲 。我们来回放一下:我们想象的宇宙空间里,有着像水波纹一样的时空分布 。
如果这里面有像黑洞这么大的物质,开始在里面对时空进行搅动的话,它就会不断地释放出引力波,这个引力波是在物质周围,跟物质联系在一起 。
旋转越快、越近,引力波放出的能量就越大 。最终这两个黑洞并合在了一起 。
经过我们后面的推算,我们探测到的这个引力波信号,发生在13亿年前,经过了很多很多星系,最终来到了地球,这个过程只有一秒的时间 。
而我们就在这一秒的之前的一个礼拜,把两个天文台做好了,刚刚好可以达到能探测到它的精度 。
所以你说幸运不幸运?你说美不美?
通过我们的波形,推算出这两个黑洞的质量,一个相当于太阳质量的29倍,一个相当于太阳质量的36倍 。并合以后的黑洞是62个太阳质量 。
也就是说在不到1秒里面,有三个太阳质量的能量,瞬间从物质导入了时空,产生了一个巨大的引力波 。
大家可以想象这个量ji:太阳已经存在了45亿年,而且还将存在45亿年,它生命全过程中释放出来的能量,供地球用都用不完 。
而三个太阳质量的能量,在不到一秒钟的时间内释放了出来,经过了13亿年传到了地球,我们才有机会在不到1秒的过程中捕捉到它、探测到它,这就是事件全过程 。
为了做到这件事,我们的探测器达到了很多人类所能达到的技术极限 。
diyi是探测臂外面有一个罩,里面是一个真空腔,这是全世界最大的真空系统,4公里长 。
而且我们等于有两个这种真空系统,它们在中间交叉了一下 。因为真空能避免各种分子运动在空气中的干扰,所以我们要在真空里才把激光束打出 。
我们打的激光也不能是一般的激光 。必须是能量高又稳定的激光才能实现精密测量 。
反射这激光的镜面必须质量非常好,激光打上去以后,由于热运动镜面开始变形,而必须排除各种干扰,我们才能探测到10的负18次方这样的精度,所以这个镜面也是特殊制造的 。
悬挂这个镜面的机械装置是最稳定的一个振动隔离系统,外边不论怎么振,这个镜子必须不动 。
最后,我们需要一个数据的采集和分析系统 。我本人是计算机专业出身,所以我更多的工作是放在这个系统上 。
2015年9月14日,5点51分,这个信号被捕捉到,进入到我们的数据分析系统 。
9月14号5点54分,在3分钟之后,我们在线的程序流水线就发出了警告,告诉我们有这样一个信号值得关注 。
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