加州理工学院陈雁北教授:我们探测到引力波
1975年,就在引力波实验逐渐发展的时候, 天文学家Hulse和Taylor发现了一对脉冲双星。1982年,Taylor和Weisberg通过其轨道频率的演化,推断出了这个双星正在丢失能量,而这个能量丢失率和引力波导致的是一致。这给引力波的存在提供了一个强有力的间接证据:引力波终于从纸上走了出来!Hulse和Taylor在1993年因此获得诺贝尔奖,脉冲双星也成为研究广义相对论和中子星的一个重要系统。
要提LIGO的历史,得提一下《星际穿越》中的“非著名电影演员” Kip Thorne。他是命名黑洞的物理学家John Wheeler的学生,算起来也是Richard Feynman的师弟。Thorne早年在Princeton做研究生的时候,和Wheeler一起研究了引力塌缩的过程,在黑洞作为星体演化末态的学说上做出了重要的贡献。从此, Thorne跟黑洞结下了不解之缘。不要惊讶,“引力圣经MTW”中的T和W就是Kip Thorne和John Wheeler。自从Weber“发现”引力波以后, Thorne就致力于黑洞和引力波这个新型辐射的研究。
2009年, Thorne从Caltech退休。他通过旧情人Lynda Obst认识了斯皮尔伯格和诺兰,并且参与了以黑洞为主题的电影《星际穿越》的编剧和摄制,从此进军好莱坞。每次有人托他办事,他如果想推脱,就会说现在开始了新的电影生涯,忙不过来。不过,这次华盛顿DC的记者会,他也还是重新出山了,风采绝对不亚于其在好莱坞的光芒!
在20世纪70年代末, Thorne说服了Caltech支持引力波研究,Drever在Caltech建立了引力波探测实验室。1979年美国国家科学基金会开始资助Drever和Thorne在Caltech,以及Weiss在MIT的激光干涉引力波测量预研究。
LIGO的引力波源和理论研究
最初,学术界普遍对探测引力波的可能性持怀疑态度。在早期,人们对引力波源的认识非常不足,一度认为超新星爆发是引力波探测的主要波源。后来,大家通过对超新星爆发的详细计算,推断出其所发出的引力波远没有以前想象的那么大。
90年代初,Thorne和他的合作者认识到,双黑洞和双中子星的碰撞所发出的引力波可以有足够的振幅被探测到。他开始系统的推进和开展引力波源的天体物理、相对论动力学研究和数据分析方法的研究。虽然多数人认为双中子星是最靠谱的波源,Thorne一直认为双黑洞因为质量比较大, LIGO可以看到比较远的距离,所以相应的体积中就会有更多的可能性。因此,虽然双黑洞的形成过程不太明确,但是还是有可能是最先被探测到的。想要研究双黑洞的引力波,必须先计算出广义相对论对双黑洞碰撞的预言。物理学家通过“数值相对论”的方法,用大型计算机对爱因斯坦方程进行求解。
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