图书馆管理系统设计及引力波的实验探测给我们的启示

课程设计报告学号：课程设计题目图书馆管理系统教学院计算机学院专业2021级计算机科学与技术班级计科三班姓名指导教师 2021年6月1日摘要随着计算机和网络技术的飞速发展，计算机的应用领域不断扩大。在现代大学图书馆管理系统中，如何为读者提供方便快捷的服务，提高图书的利用率等问题变得越来越突出。图书馆管理系统正是趋于这个目标而设计的。本文首先介绍了课题的研究背景及现状，给出课题的研究目标和意义；然后介绍了系统设计的相关技术：UML，ROSE和J2EE；最后，在理论的基础上完成了系统的设计。本文主要包括以下几个方面：(1)进行系统需求分析，采用UML建模语言并借助ROSE工具对图书馆管理系统建立需求模型，给出用例图。(2)基于需求分析和用例模型给出系统的静态模型和动态模型。其中系统静态模型给出类图和包图，动态模型给出顺序图、协作图、状态图和活动图。(3)在J2EE环境下，实现图书馆管理系统。通过本系统，实现了对图书资料的计算机网络管理和web查询，建立了图书馆网站，读者可以在Intemet上查询馆藏情况和自己借书情况，方便开展网上业务，扩大了图书馆的服务范围。关键词：图书管理系统，建模，UML，J2EE，面向对象AbstractWiththerapiddevelopmentofcomputerandnetworktechnology,computerapplicationscontinuetoexpand.InthemodernManagementsystemofuniversitylibrary,andprovideconvenientservicesforreaders,toimprovetheutilizationofbooksotherissuesbecomemoreprominent.Librarymanagementsystemisdesignedtothetarget.Thispaperfirstintroducedthetopicresearch.Thebackgroundandpresentsituation,theresearchgoalandsignificance;thenintroducestherelatedtechnologyofsystemdesign:UML,ROSEandJ2EE;finally,completethesystemdesignonthebasisofthetheoryofthispaperbag.Themethodcomprisesthefollowingaspects:(1)tothesystemdemandanalysis,usingUMLmodelinglanguageandestablishthedemandmodeloflibrarymanagementsystembasedonROSE,givestheusecasediagram.(2)thestaticmodelanddynamicmodelofrequirementanalysisandusecasemodelofthesystemisgivenbasedon.Thesystemstaticmodelclassdiagramandpackagediagram,sequencediagram,dynamicmodelisgivencollaborationdiagram,statediagramandactivityFig..(3)intheJ2EEenvironment,therealizationoflibrarymanagementsystem.Throughthissystem,therealizationoflibrarycomputernetworkmanagementandwebquery,theestablishmentofamaplibrarywebsite,readerscanquerythecollectionandhisbooksontheIntemet,facilitatethedevelopmentoftheInternet.Business,expandingtheservicescopeoflibrary.Keywords:librarymanagementsystem,modeling,UML,J2EE,object-oriented目录TOC\o"1-3"\f\h\z第1章绪论 11.1研究背景及意义 11.2主要研究内容及现状 21.2.1主要研究内容 21.2.2研究现状 21.3文本工作 31.31研究内容及成果 3第2章系统分析 42.1可行性研究过程 42.1.1结构的选择 42.1.2技术可行性 42.1.3经济可行性 52.2操作环境及运行环境 62.2.1所需用的环境 62.3需求分析 72.3.1系统目标 82.3.2需求定义 82.4功能需求 112.4.1图书基本情况 112.4.2办理借书证 122.4.3实现借书功能 122.4.4实现还书功能 132..4.5图书查询 14第3章系统设计 133.1系统功能总体设计 133.1.1系统功能结构图 133.2系统业务流图 133.2.1借阅信息管理 133.2.2书籍信息管理 133.2.3读者信息管理 133.2.4系统管理 133.3系统功能详细设计 143.3.1绘制数据流图 133.3.2“借书证生成”数据流图 133.3.3借书证注销数据流图 133.3.4新书入库数据流图 133.3.5读者借书数据流图 133.3.6读者还书数据流图 133.3.7查询图书数据流图 133.4数据库设计 154.4系统流程图 184.4.1程序流程图 184.5E-R图分析与设计 194.6E-R图转换成关系模型 224.7数据库设计及范式分析 234.7.1数据库基础 234.7.2范式分析 244.7.3SQL语言介绍 264.8数据表的创建 26第5章图书馆管理系统的详细设计 305.1ADO.NET介绍 305.1.1ADO.NET技术 305.1.2ADO.NET数据供应器 305.1.3ADO.NET主要组件 305.2系统设计模块 315.3对读者信息界面的设计 325.4对图书查询界面的设计 355.5借书推荐表界面的设计 385.6预约图书界面设计 385.7催还图书界面设计 405.8对留言板的设计 405.9管理员界面设计 415.9.1图书馆总管理员 425.9.2书库管理员 43第6章图书馆管理系统的测试与维护 466.1连接测试 466.2数据库调试 476.3ASP.NET配置文件 47第7章结论 51参考文献 52致谢 53附录 54绪论1．1研究背景及意义在这个高速发展的信息化时代，随着计算机及网络技术的不断发展，它渗透于人们生活的方方面面，逐步影响着人们的生活、学习和工作方式。随着高等教育事业的快速发展，学校的规模不断扩大，学校的各种基本设施也在不断加强。图书馆是学校的一部分，它作为一种信息资源的集散地，服务于全校教学、科研以及学习生活方面，是校园内一个举足轻重的单位，它的操作和管理就显得尤为重要。图书馆应该能够为用户提供充足的信息和快捷的查询手段，且因图书和用户借阅资料繁多，包含很多数据的管理，为了使图书管理工作规范化、系统化、程序化，避免图书管理的随意性，提高信息处理的速度和准确性，能够及时、准确、有效地查询和修改图书信息，就有必要建立一个高效的图书管理系统。对于一个现代高效的图书馆而言，它需要一个高速、快捷、方便的图书管理办法。在我国，图书馆管理系统已有相当普遍的应用，但随着高校扩建以及近些年来全国各地高校的合并浪潮，一所大学的校区规模不断扩大，并且多个校区分散各地，传统单机版图书管理系统不能用于网络，而C／S模式网络版的也难于在Internet网上运行，所谓C／S这种典型的软件系统体系结构，它通过充分利用客户端和服务器双方的硬件资源优势，对业务进行合理分配，从而降低系统的通讯开销。采用该结构的系统一般具有服务器端程序和客户端程序，达到提供服务和使用服务的功能。在桌面应用程序中，可以根据工作中数据库大小选择不同的数据库管理系统作为数据库服务器，实现管理数据、响应客户端提出的请求功能。客户端程序可以通过远程访问数据库，实现对数据的增加、删除、修改和查询，完成相应的工作。从上面可以看出，C／S结构不仅数据的存取和处理主要依赖于客户端程序，本地化的程序配置复杂，而且其对网络底层协议的依赖性大，对跨平台的支持也稍显不足。因此，B／S模式图书馆管理系统应运而生，它很容易放在校园网或Intemet网上，任何工作站、拨号用户只需用浏览器就能实现个人信息查询、图书续借、图书预定、馆藏查询等功能。对于一个web应用系统，采用传统的开发方法很难做出正确全面的设计，而单纯地采用面向对象的分析和开发方法，对软件体系结构的把握仍然不够全面。因此，目前业界提倡将软件体系结构与当前流行的面向对象的开发方法统一起来，这样既可以准确地把握系统的总体组织结构，又可以利用面向对象的支持工具来实现。本课题采用UML对软件体系结构建模正是基于以上分析作出的决定，它的按期完成，对读者无地域限制实现信息快速查询，方便广大读者、减轻图书管理员的工作、提高图书馆的服务效率等具有极其重要的现实应用意义。1．2主要研究内容及研究现状1．2．1主要研究内容本课题结合我校自身特点，设计和开发一个基于网络的图书馆管理系统。为了系统开发的高效性和质量，采用目前流行的面向对象设计方法，利用统一建模语言UML并借助ROSE工具给系统构建模型。主要研究内容包括：UML技术、ROSE、静态模型、动态模型以及数据库设计等。1．2．2研究现状随着现在科学技术的进步，人类社会正逐步走向信息化。图书馆拥有丰富的文献信息资源，是社会信息系统的重要组成部分，在信息社会中的作用越来越重要，我国图书馆的计算机管理技术起步于20世纪70年代末期，随着改革开放步伐的迅速发展，特别是20世纪90年代以后，我国图书馆信息网络建设取得了较大发展，图书馆信息化建设迈上了一个新台阶。图书馆的信息化从最初的对图书馆业务管理实行信息化发展到对图书馆各个业务流程进行系统和网络化管理，并建立大规模的以个体文献目录联机查询为主的资源共享系统。进入2l世纪，充分利用计算机网络和信息技术，逐步实现不同载体的实体文献的信息化管理和多方位的联机查询。图书馆的计算机信息化管理，．就是将传统图书馆业务的手工操作转变为计算机管理，即管理图书馆的图书期刊、音像资料等各种载体文献借阅、查询及常规业务管理等工作，利用计算机技术进行高效、准确的信息化管理。其根本目的是实现区域内及地区、国家、国际间的资源共享。随着数据库技术和计算机网络的飞速发展，数据已经成为现代信息技术的重要组成部分，同时也是现代计算机系统和计算机应用系统的核心，对于任何一个企业而言，数据是企业的重要资产，如何有效利用这些数据，对于企业发展起着极其重要的作用。随着我国市场经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高，图书馆藏书的数目逐渐增大，这也挑战了图书管理方面的技术，以前的人工管理方法已经不能适应现实管理的要求，取而代之的是先进的图书管理系统。国外很多高校和国内大部分高校很早就使用了计算机来管理图书，也开发了许多不同版本的图书管理系统，但由于计算机的发展速度太快，加之藏书量的不断增加，图书管理系统也一直在变化，而且每个学校的情况都不尽相同，管理手段也不一样，系统的开发都是围绕自己的环境进行的，从最早的单机版到C／S模式，如今B／S模式币在盛行。1．3本文工作1．3．1研究内容及成果本文通过分析图书馆管理系统的现状，结合本校自身特点，采用面向对象方法，设计并实现一个基于网络的图书馆管理系统，以解决其当前面临的图书管理问题。系统的实现，使读者可以无地域限制快速查询信息，无校区限制还书，方便了广大读者、减轻了图书管理员的工作、提高了图书馆的服务效率等。本课题主要做了以下工作：深入学习UML、ROSE和面向对象技术；对图书馆管理系统进行需求分析，设计其总体功能模块；利用UML技术，借助ROSE工具，给出系统的静态模型和动态模型；根据具体情况，选择Java来实现系统。第2章系统分析2.1可行性研究过程2.1.1结构的选择随着技术的进步，更多的层次被划分出来。目前，在Internet应用体系结构中，商务逻辑处理被单独划分为一层，作为Internet服务器。它对用户通过浏览器提交的表单进行分析，并得出对数据库服务器进行的查询，交给数据库服务器去执行并得到查询的结果，最后由Internet服务器用标准的HTML语言反馈回浏览器,称为B/S(Brother/Server)结构。计算机技术发展日新月异，传统的C/S结构，即Client/Server(客户机/服务器)结构，是大家熟知的软件系统体系结构，通过将任务合理分配到Client端和Server端，降低了系统的通讯开销，可以充分利用两端硬件环境的优势。而B/S结构，即Browser/Server(浏览器/服务器)结构，是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户界面完全通过WWW浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓3-tier结构。B/S结构利用不断成熟和普及的浏览器技术实现原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本，是一种全新的软件系统构造技术。这种结构更成为当今应用软件的首选体系结构，也是在这样一种背景下被提出来的架构，但微软的方案只是一种构想，要成为现实还需要几年，而JAVA技术已经是很成熟的应用了。传统的C／S体系结构虽然采用的是开放模式，但这只是系统开发一级的开放性，在特定的应用中无论是Client端还是Server端都还需要特定的软件，没能提供用户真正期望的开放环境；B／S结构则不同，它的前端是以TCP／IP协议为基础的，企业内的WWW服务器可以接受安装有Web浏览程序的Internet终端的访问，作为最终用户，只要通过Web浏览器，各种处理任务都可以调用系统资源来完成，这样大大简化了客户端，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体拥有成本（TCO）。2.1.2技术可行性计算机进行信息管理与信息管理系统的开发密切相关，系统的开发是系统管理的前提。本系统就是为了管理好图书馆信息而设计的。下面从前台和后台的开发工具选择上分析一下其技术的可行性。微软公司开发的ASP.NET，让ASP.NET远远超越了ASP及其它开发软件，同时也给Web开发人员提供了更好的灵活性，有效缩短了Web应用程序的开发周期。而SQLServer是Microsoft公司开发的大型关系数据库管理系统，具有强大的关系数据库创建、开发、设计和管理功能。其版本SQLServer2021将数据库与Internet紧密连接，可以通过Web浏览器显示数据的操作，具有客户机/服务器的结构。SQLServer2021提供了对分布式事务处理的支持，并对开发工具具有良好的支持，为大型数据库项目提供了企业级解决方案。ASP.NET与Windows2021Server/AdvancedServer的完美组合，建立一个图书管理系统，使图书管理工作规范化，系统化，程序化，避免图书管理的随意性，提高信息处理的速度和准确性，能够及时、准确、有效的查询和修改图书情况。因此我们在图书馆管理系统中使用了在.NET环境基于Web页面的B/S服务模式，我们只要在一台服务器上安装.NET工具MicrosoftVisualStudio.NET或者.NETFramework，另外就是对系统组件添加一个IIS的虚拟目录，把这台电脑做成一台Web服务器。另外我们所要做的就是在任何一台装有IE浏览器的地址栏中输入服务器的地址就可以对Web页面的访问。后台代码的分离使得后台数据库的安全性得到了保证，如果浏览者要对后台数据的操作必须经过后台代码的调用，后台代码通过关键字与Web.config字符串连接，最后是Web.config才与数据库的实质性操作，由于其每一层数据访问都有相应的设置，所以要想对后台数据库的破坏那是很难的。2.1.3经济可行性在系统运行后的维护是非常重要的，并且其维护的费用还是很大的，如果是一个WindowsForm的管理系统，要对数据的维护将要付出很大的代价，而且它的维护人员也比较的多和分散，因此对数据库的操作在各个时间段都是很频繁的，人也很容易出现疲劳，问题也就会比较容易发生。但是我们现在用基于Web的B/S模型，我们修改数据的操作只在服务器端就可以了，而且它的人员也比较集中，对数据的修改只是在某段时间内比较的频繁，过了这个时间后就较轻松，所以人的精力也比较集中，那么数据库的操作也就不怎么会出现问题，因此在这方面的维护费用也大大的减少。另外在经济的可行性还体现在由于ASP.NET的前后台代码的分离，对代码的修改是呈现模块化的，不必要全方位的去修改。所以当代码出现问题时，我们设计的系统可以在不修改其它代码的同时只是对问题代码的修改，这样就不会引入新的系统问题。2.2操作环境及运行环境2.2.1所需用的环境软件环境：操作系统：WindowsXP，数据库;SQLSverver2021，前台环境：Dreamweaver，VisualStudio.NET硬件环境：Cpu:Pentium166MHz以上，内存至少128MB，硬盘空间80M，显示器800*600或更高分辨率。2.3需求分析2.3.1系统目标本系统主要实现对图书馆的信息进行管理，图书馆的正常运营中总是面对大量的读者信息，图书信息以及两者相互作用产生的借书信息，因此要对读者资源，图书资源，借书信息进行管理。本系统的开发就是在于提高图书管理的工作效率，加强图书馆的管理。图书馆管理系统是图书馆管理工作中不可缺少的部分,它的内容对于图书馆的管理者和使用者来说都至关重要,所以图书管理系统应该能够为管理者或读者提供充足的信息和快捷的数据处理手段。但一直以来人们使用传统人工的方式进行图书管理和借阅管理，这种管理方式存在着许多缺点,如:效率低、易忘记、保密性差,另外时间一长,将产生大量的文件和数据,这对于查找、更新和维护都带来了不少的困难。随着科学技术的不断提高,计算机科学日渐成熟,其强大的功能已为人们深刻认识,它已进入人类社会的各个领域并发挥着越来越重要的作用。作为计算机应用的一部分,使用计算机对图书信息进行管理,具有着手工管理所无法比拟的优点.例如:检索迅速、查找方便、易修改、可靠性高、存储量大、数据处理快捷、保密性好、寿命长、成本低、便于打印等。这些优点能够极大地提高图书管理的效率,也是图书馆的科学化、正规化管理,与世界接轨的重要条件。因此，开发这样一套管理软件成为很有必要的事情。图书管理信息系统是典型的信息管理系统,其开发主要包括后台数据库的建立和维护以及前端应用程序的开发两个方面。对于后台数据库的建立要求建立起数据一致性和完整性强.数据安全性好的库。而对于前端应用程序则要求应用程序功能完备,易使用等特点。2.3.2需求定义一：作为学生对图书管理系统的要求有：1.能按各种方式（比如书名、编号、作者）查询图书馆的藏书情况。2.能够方便地借阅图书、续借图书、归还图书。3.能够查询自己的基本资料、借阅图书情况。4.能够熟悉图书管理系统的使用。二：作为图书管理员，他们对图书管理系统的要求有：1.能方便的对图书进行录入登记，注销陈旧的书籍。2.能够方便地对读者进行登记，或注销读者生信息（基本信息，借阅信息）。2.4功能说明系统功能分析是在系统开发的总体任务的基础上完成。本系统需要完成的功能主要有5部分：2.4.1图书基本情况1．书籍类别标准的制定，类别信息的输入，包括类别编号，类别名称，关键词，备注信息等。2．书籍类别信息的查询，修改，包括类别编号，类别名称，关键词，备注信息等。3．书籍信息的输入，包括书籍编号，书籍名称，书籍类别，作者名称，出版社名称，出版日期，书籍页数，关键词，登记日期，备注信息等。2.4.2办理借书证1．新生办理借书证。2．丢失办理借书证。2.4.3实现借书功能1．借书信息的输入，包括借书信息编号，读书编号，读者姓名，书籍编号，书籍名称，借书日期，备注信息等。2．借书信息的查询，修改，包括借书信息编号，读者编号，读者姓名，书籍编号，书籍名称，借书日期，备注信息等。2.4.4实现还书功能1．还书信息的输入，包括还书信息编号，读者编号，读者姓名，书籍编号，书籍名称，借书日期，还书日期，备注信息等。2．还书信息的查询和修改，包括还书信息编号，读书编号，读者姓名，书籍编号，书籍名称，借书日期，还书日期，备注信息等。2.4.5图书查询可以对图书进行的精确、模糊查询并讲查询信息以列表的方式呈现给用户，方便用户查找信息，另外，对超期的借阅情况能自动给出提示信息。系统设计3.1系统功能总体设计3.1.1系统功能结构图3.2系统业务流程图3.2.1借阅信息管理3.2.2书籍信息管理3.2.3读者信息管理3.2.4系统管理3.3系统功能详细设计3.3.1绘制数据流图数据流图可以清楚的表示各个模块之间的调用关系。下面是各个模块的数据流图：3.3.2“借书证生成”数据流图需要学生的资料，如姓名、性别、学号、所在学院，如果未办理借书证，则将输入后生成借书证，借书证上需要有学生资料和学生借书证的编号。3.3.3借书证注销数据流图3.3.4新书入库数据流图3.3.5读者借书数据流图3.3.6读者还书数据流图2层图3.3.7查询图书数据流图3.4数据库设计针对图书馆管理系统的需求，通过对图书馆管理工作过程的内容和数据流程分析，设计出如下的数据项1书库图书信息，包括数据项有：图书编号、书名、书号、类别、出版社、作者、ISBN、印张、字数、版次、印数、定价、开本、是否在库、是否损坏、是否遗失、入库时间、图书介绍2学生信息，包括数据项有：学生编号、学号、姓名、性别、系别、班级、级别、已借图书、照片3借书信息，包括数据项有：图书编号、学生编号、是否归还、书名、姓名、学号、书号、系别、班级、已借图书、出版社、作者、借阅日期、图书类别、是否续借4供货商信息，包括数据项有：供货商序号、供货商、城市、地址、、、邮政编码、EMAIL、联系人、首次合作时间5定单信息，包括数据项有：定单序号、书名、书号、类别、出版社、作者、ISBN、印张、字数、版次、印数、定价、开本、详细信息、供货商序号、供货商、联系人、城市、订购数量、订购价格、交付方式、交货日期、定单日期、是否验收、验收日期6过期图书信息，包括数据项有：图书编号、书名、书号、学生序号、学生姓名、系别、班级、过期时间7员工信息，包括数据项有：员工序号、姓名、密码、类别、性别、家庭住址、联系、职务、出生日期、照片8罚款信息，包括数据项有：流水号、罚款原因、罚款金额、日期7ER图

引力波的实验探测给我们的启示摘要：引力理论的发展经历了数百年，从牛顿到爱因斯坦，从万有引力定律到广义相对论。在这过程中，科学家们引力波的预言质疑不休、争论不止。而引力波的实验探测无疑证明了一切。引力波的发现，弥补了爱因斯坦的广义相对论的漏洞，也确定了他的理论的正确。这是人类史上出现的又一契机，它将为人类社会带来重大变革。“破五”是中国传统迎财神的日子。2016年的这一天，却一个让全世界物理学界沸腾的日子，甚至许多的物理学家为之痛哭流涕——被预言已经百年的引力波，终于被探测到了。引力是什么？在今天人们所知道的物质的四种基本相互作用中，引力作用为最弱。四种相互作用按作用强度比例顺序是：强相互作用(1),电磁相互作用(10),弱相互作用(10),引力相互作用(10)。因此，在研究基本粒子的运动时，引力一般略去不计。但在天文学领域内，由于涉及的对象的质量极其巨大，引力就成为不仅支配着天体的运动，而且往往是天体的结构和演化的决定因素。引力并不是一种所谓的“力”，而是一种属性。牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中首次提出万有引力定律，基于此，他结识了彗星的运动轨道和地球上的潮汐现象，并根据万有引力定律成功地预言并发现了海王星。万有引力定律出现后，才正式把研究天体的运动建立在力学理论的基础上，从而创立了天体力学。简单的说，质量越大的东西产生的引力越大，地球的质量产生的引力足够把地球上的东西全部抓牢。1905年，爱因斯坦提出狭义相对论，突破了绝对时间和绝对空间的概念，否定了瞬时超距作用，从根本上动摇了建立在这些旧观念基础上的牛顿引力理论。经过十年的探索后，爱因斯坦于1915年提出了迄今为止最成功的近代引力理论——广义相对论。广义相对论中，引力被归咎于时空的弯曲。这种弯曲是由物质造成的，物质的质量越大，所形成的扭曲也就越严重。但是这种弯曲，对于人类来说根本感知不到，一是因为人类伴随这种弯曲一起弯曲了，而是由于这种弯曲太微小。大质量物体发生的扭曲引起了震动，而这种震动，就是引力波。科学家们通过探测这种时空震荡，来证实引力波的存在。早在1916年，爱因斯坦在广义相对论中就预言了引力波的存在。而科学家们普遍认为，这次LIGO这一发现是爱因斯坦相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”，证实了爱因斯坦广义相对论的正确性，弥补了爱因斯坦的广义相对论的漏洞，验证了已故科学家爱因斯坦的预言。探测的仪器叫做迈克尔逊干涉仪，或是LIGO。LIGO的“两条腿”都有4千米长，最近的一次升级就花去了几十亿美元。LIGO的原理是什么？简单来说是利用光速不变，在同样的直线路程里测试耗时，而通过时间的偏差（尽最大可能排除误差，也是耗资巨大的原因）来判定空间确实存在震动。这样的实验设置基于爱因斯坦的假设：光速不变，是因为以光的视角看，它沿途经过的空间发生了折叠伸缩。可能的引力波探测源包括致密双星系统（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。在过去的数十年里，许多物理学家和天文学家为证明引力波的存在进行了大量研究。其中，泰勒和赫尔斯由于第一次得到引力波存在的间接证据荣获1993年诺贝尔物理学奖。到目前为止，类似的双中子星系统已经发现了近十个，但是双黑洞系统却是首次。在实验方面，第一个对直接探测引力波作伟大尝试的人是韦伯。虽然他的共振棒探测器最后没能找到引力波，但是韦伯开创了引力波实验科学的先河，为如今的硕果打下了基础。因为在地面上很容易受到干扰，所以物理学家们也在向太空进军。欧洲的空间引力波项目eLISA（演化激光干涉空间天线）。eLISA将由三个相同的探测器构成为一个边长为五百万公里的等边三角形，同样使用激光干涉法来探测引力波。此项目已经欧洲空间局通过批准，正式立项，目前处于设计阶段，计划于2034年发射运行。作为先导项目，两颗测试卫星已经于2015年12月3日发射成功，目前正在调试之中。中国的科研人员，在积极参与目前的国际合作之外之外，也在筹建自己的引力波探测项目。引力波的实验探测引起了世界范围的轰动，这些探测极其不易，宇宙中发生爆炸性的大事件时产生的引力波，才相对容易探测到，例如黑洞合并、星系合并、超新星爆炸等。100年前，爱因斯坦在预言引力波存在时就曾说：“这些数值是如此微小，她们不会对任何的东西产生显著的作用，没人能够去测量它们。”蔡一夫给出解释：“时间发生得越早，距离越远，越会在宇宙中传播期间被红移。红移指的是由于宇宙本身的膨胀将所有的波动的波长拉直拉平，这样其波动性就难以被探测到。例如，这次LIGO探测到的引力波，是13亿年以前两个大约30个太阳质量的黑洞并合所产生的引力波，振幅之小，是在原子核尺寸的千分之一的尺度。能探测到真的是非常不容易，LIGO实验组的科学家们也是在几十年里经历多次挫折，不断调整方案，改进仪器，才最终探测到的。”所以它的成功探测也标志着在这个领域人类的技术进步到了前所未有的水平。而它所具有的里程碑意义不止在科学情感上，更在于能够打开人类的一个新的世界——每个人都对它满怀期待。如果电磁波探测是人类的眼睛，那么人类又多了一双聆听外界的耳朵。马克斯·普朗克引力物理研究所说：“在《星际穿越》和《三体》中，都不约而同地将引力波选为了未来科技发达的人类的通讯手段，这也许只能是美好的幻想，但对于天文研究而言，引力波的确开启了一扇新的窗口。吹进来的第一缕清风，就带来了一个重大的信息：极重的恒星级双黑洞系统存在并可以在足够短的时间（10亿年）内并合。这是让我们始料未及的。谁能知道在将来的更多的探测中，LIGO和一众引力波探测器能带给我们什么样的惊喜呢？”引力波有两个非常重要而且比较独特的性质。第一：不需要任何的物质存在于引力波源周围。这时就不会有电磁辐射产生。第二：引力波能够几乎不受阻挡的穿过行进途中的天体。比如，来自于遥远恒星的光会被星际介质所遮挡，引力波能够不受阻碍的穿过。对于天文学家来说，这两个特征允许引力波携带有更多的之前从未被观测过的天文现象信息，而每一个电磁波谱的打开，都会为我们带来前所未有的发现。天文学家们同样期望引力波也是如此。而引力波本身的性质也可能对基础物理学产生巨大的影响。另外，引力波蕴含的，很可能是宇宙诞生的画面。我们从小都被告知一个最著名的猜想——宇宙是在一场爆炸中诞生的。这意味着，在时空的开始，宇宙又一次最为剧烈的震动。引力波就能让我们还原这个震动——它是否存在？有多大规模？不仅如此，引力波还能传递信息——我们看不到的宇宙空间在发生什么？据科学家解释，这次的引力波就是在遥远的距离上巨大的黑洞变化引起的。而这一结果也证明了黑洞真实存在——至少是广义相对论预测的由纯净、真空、扭曲时空组成的完美圆形物体。并且，引力波传递的信息可以让科学家更精确地估计宇宙膨胀的速度。总而言之，一个新的重大科学发现，总会给人类社会带来无法预估的发展。18世纪面熟电磁波的麦克斯韦理论确认的时候，也没人知道会给人类带来什么，但是现在不管是电视机还是移动电话，都与电磁现象有关。引力波的发现类似当年的发现X光一样，是一种工具。有了这个工具，我们可以利用引力波的观察，去观察遥远的宇宙的现象。发现暗物质、时空穿梭等等才是有可能实现的事情。如果没有引力波，以我们现有的技术是做不到这些科幻世界才有的事情的。“既然引力波是存在的，基于引力波的科研思路可信性就大大提高了。就好像走一条未知的路，走到半路，有人怀疑不对，结果证实是对的，那么就可以加快步伐了。”苏萌说。世界各国都加大了探测研究引力波的力度，我国也紧跟探索引力波的步伐。“天琴计划”参与者、中山大学天文与空间科学研究院院长李淼教授介绍，“天琴计划”是我国自主开展空间引力波探测的可行方案，发射三颗卫星探测引力波，该计划预期执行期为2016~2035年，分四阶段实施。项目还将挖山洞，建观测站以及建设综合研究大楼。预计拟投三亿启动。天琴计划预期执行期为2016-2035年，分四阶段实施：（1）2016-2020年：完成月球/深空卫星激光测距、空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验所需关键技术研发。主要研发成果包括：新一代月球激光测距反射器、月球激光测距台站、高精度加速度计、无拖曳控制（包含微推进器）、高精度星载激光干涉仪、星间激光测距技术等；（2）2021-2025年：完成空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验工程样机，并成功发射下一代重力卫星和空间等效原理实验卫星。主要研发成果包含：超静卫星平台、高精度大型激光陀螺仪以及进一步提高加速度计、无拖曳控制、高精度星载激光干涉仪、星间激光测距等技术；（3）2026-2030年：完成空间引力波探测关键技术，完成卫星载荷工程样机；（4）2031-2035年：进行卫星系统整机联调测试、系统组装，发射空间引力波探测卫星。李淼介绍，“天琴计划”的出发点是切实根据我国的技术能力实际和未来几十年的发展前景，提出我国自主开展空间引力波探测的可行方案。在目前讨论的初步概念中，天琴将采用三颗全同的卫星构成一个等边三角形阵列，每颗卫星内部都包含一个或两个极其小心悬浮起来的检验质量。卫星上将安装推力可以精细调节的微牛级推进器，实时调节卫星的运动姿态，使得检验质量始终保持与周围的保护容器互不接触的状态。这样检验质量将只在引力的作用下运动，而来自太阳风或太阳光压等细微的非引力扰动将被卫星外壳屏蔽掉。高精度的激光干涉测距技术将被用来记录由引力波引起的、不同卫星上检验质量之间的细微距离变化，从而获得有关引力波的信息。“天琴”的卫星将在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行，针对确定的引力波源进行探测。这样的选择能够避免测到引力波信号却无法确定引力波源的问题。中国科学院也于2016年2月16日公布了空间引力波探测与研究的“空间太极计划”。按照这一计划，我国将在2030年前后发射由位于等边三角形顶端三颗卫星组成的引力波探测星组，用激光干涉方法进行中低频波段引力波的直接探测。主要科学目标是观测双黑洞并合和极大质量比天体并合时产生的引力波辐射，以及其他的宇宙引力波辐射过程。中科院力学研究所胡文瑞院士表示，“我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。”胡文瑞说，“空间太极计划”是一个中欧合作的国际合作计划，目前有两个方案：方案一是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划；方案二是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时遨游太空，进行低频引力波探测。据介绍，空间引力波探测被列入中科院制订的空间2050年规划。2008年由中科院发起，中科院多个研究所及院外高校科研单位共同参与。引力波的发现是感人至深的，它印证了一位物理学大师的睿智伟大，为年富力强的物理学家们增添了信心和安慰。在理性上，引力波的发现更是激动人心的，人类的历史将会改写，一切都是未知，未知也许会更加美好。参考文献：[1].柏格曼著，周奇、郝苹译：《相对论引论》，高等教育出版社，北京，1961。(P.G.Bergmann,IntroductiontotheTheoryofRelativity,Butterworths,London,1958.)[2].温