引力波介绍及探究.ppt

引力波Gravitationalwave,广义相对论，那就是：时空命令物质如何运动，而物质引导时空如何弯曲。当物质的分布改变时，时空也会相应变化，这一变化以光速传播开去，就好像在平静的湖面上丢下一粒小石子，湖面就会有一圈波浪向外荡去，时空也会将涟漪向外传开，这便是引力波了,引力波最早的提出者：爱因斯坦,引力波-“时空的涟漪”,1.空间三维+时间一维，这样时空就是四维。时空就是时间加空间，是一个整体。比如：你就处在一个时空里。因为，此时此刻（时间），你一定在某个地方（空间）同样，人们的宇宙也是时间加空间，所以宇宙就是四维时空。,2：时空告诉物质如何运动；物质告诉时空如何弯曲,物质（有质量的东西，可能是能量，因为能量也有质量）如何在它的时空里运动，取决于它所处的时空性质。另一方面，只要有物质存在的时空，就会弯曲。弯曲程度、怎么弯曲，取决于它肚子里的物质质量大小以及分布。,他认为物体之所以会互相吸引是因为重的物体扭曲了时空，其它物体则选择了扭曲时空中的最短路径。,爱因斯坦的广义相对论：,爱因斯坦通过数学方法发现时空结构是弹性的，就像蹦床。,引力波的产生,任何具有质量的物体，或是剧烈的加速过程都会产生引力波。,引力波实在是很“懒”，很少与物质发生任何作用。假设一列引力波以平面波形式传播，在真空的宇宙空间中，它不会有任何衰减，永远传递下去。但如果存在物质，就会与引力波相互作用并吸收一部分引力波携带的能量。,引力波探测的难度,假设迎面走来一串引力波，你会变高变瘦，接下来变矮变胖，再变高变瘦当然，想靠引力波改变体型是不可能了，除非你就站在引力波波源附近（友情提醒：黑洞有100种方法让你在它旁边活不下去，如果你想试试，黑洞是不介意陪你玩玩的），否则引力波只会把你的身高拉高（然后压扁）那么一点点大概就是一个氢原子的100亿分之一吧。,引力波探测的难度,理论研究表明，引力波是横波，以光速传播。由于它的高度非线性，它不具有像电磁波、机械波的反射、干涉、衍射等性质，也不满足叠加原理。它的作用截面非常小穿透能力非常强。它能穿越时空穿透地球。因此它能携带古老而遥远的信息，但它又是非常微弱的。因而探测引力波首先必须对引力波源进行分析。,由两个黑洞产生的引力波的3D示意图。图片来源：Henze,NASA,引力波的测量困难得异乎寻常，这并不是说引力波的源释放的能量微弱。恰恰相反，像上述的致密双星并合过程，应该说是宇宙中最为剧烈的事件之一它所释放的能量，远远超出太阳一生释放能量的总和，而这么大的能量往往集中在最后的一秒之内爆发，所以在那一刻，整个宇宙中所有别的天体释放功率的总和都及不上它。,幸运的是，它几乎不和物质相互作用，这就意味着来自核心区域的信息可以畅通无阻地冲出来，传播到遥远的宇宙空间去。不幸的则是，它几乎不和物质相互作用，也意味着哪怕引力波携带着巨大的能量从探测器经过，也很难留下任何蛛丝马迹。,引力波的探测,可能的引力波源可分为两大类天体引力波源和实验室(人工)引力波源。,引力波人工源,爱因斯坦在1916年提出了一个旋转棒的方案：用一根二十米长、五百吨重的钢棒，以非常快的速度绕棒的中心旋转，就能产生引力子来。,不过，要使这样的庞然大物飞速旋转，实在太困难了，即使旋转了，从目前的技术水平来讲，人们还是找不到引力子的，因为用这种方法产生的引力子是非常微弱的。,韦伯棒,上世纪60年代，美国马里兰大学的约瑟夫韦伯（JosephWeber）建造了一个直径一米、长度两米的铝制圆柱体。,当引力波经过圆柱体时，引力波会迫使圆柱在不同方向上不断地拉伸和压缩。,激光干涉,美国加州理工的著名引力学家基普索恩（KipS.Thorne）关注到了这个新方法,于是，在上世纪90年代，由加州理工和麻省理工合作主导的两个激光干涉引力波观测台（LIGO）正式开工建设。,LIGO观测到了什么？,在2015年9月14日格林尼治标准时间9点50分45秒，LIGO位于美国利文斯顿与汉福德的两台探测器同时观测到了GW150914信号。,GW150914是一个36倍太阳质量的黑洞和一个29倍太阳质量黑洞并合事件，在并合后产生了一个62倍太阳质量的黑洞。发生于距离我们十几亿光年以外。也就是说LIGO探测器真实地探测到了很久很久以前，一个很远很