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用于寻找引力波的工具,是人类所能设计出的最精致的工具之一。
目前,他们能够检测到两束光的光程差为10~19m,是质子大小的万分之一。
如此高的灵敏度,是有望收集与电波通过相关信号所必需的。
这种能产生显著引力波的现象发生在离地球非常远的地方。
如果我们用电磁辐射来类比,辐射引力波,它需要一个引力波电荷,也就是一个加速的质量。
但是重力的弱点是这样的:只有当巨大的质量获得巨大的加速度时,才能产生足够强大的引力波,以便在地球上安装的实验中留下一些信号。
它涉及寻找灾难性的现象,比如超新星爆炸,两颗中子星合并形成黑洞的双星系统,或者两个特大质量黑洞合并。
该理论预测,在这些现象的最后阶段会发射出大功率的引力波,但其强度会随着距离的增加而迅速减小。
如果天体的距离不超过1亿光年,发射的电磁波,无论衰减多少,仍能产生可被地球干涉仪检测到的信号。
仪器的灵敏度越高,监测的范围就越大,也就是说,可以观测到的星系的数量也就越大,探测到这些事件并大喊“发现了!”
提高灵敏度意味着与干扰做斗争。
由于无数的现象,镜子之间的距离不断变化,而这些现象必须得到控制。
镜子悬挂在固定在地面的设备上,无论采取多少预防措施,地球上最小的地震活动都会影响镜子的位置。
复杂的衰减系统试图消除所有来自地面和空气的干扰:几英里外的卡车或飞机、使树叶沙沙作响的风、拍打岩石的海浪或河流的流动。
然后就有必要考虑镜子本身的布朗运动,以及照亮它们的激光器发射的光子数量的量子涨落等等。
需要成千上万的技巧来消除所有这些干扰,使它有可能感知与波的通过有关的非常细微的耳语。
好像你正在寻找完全的寂静一样,能够聆听黑洞发出的远距离回声,该黑洞吞噬了距离我们5000万光年的十个太阳质量的红色巨人,或者听到两个黑洞合并发出的鸣叫,在它们恐怖之舞的最后阶段以一种突发性的方式互相旋转。
为了消除干扰并提高灵敏度,人们建造了更多的仪器,并将它们放置在一起。
知道了干涉仪之间的距离,就有可能计算出在各种实验中波信号出现的延迟,从而有了额外的降噪工具。
LIGO天文台(激光干涉引力波天文台)在美国运行着三个大型干涉仪:一个在印第安纳州的利文斯顿,另外两个在相同的真空管中,分别在汉福德和华盛顿里士满。
这三个美国仪器与意大利、法国的VIRGO干涉仪合作并共享数据。
VIRGO干涉仪的名字来自位于处女座附近的1500个星系团,距离我们5O干涉仪安装在意大利比萨附近的卡西纳。
德国和澳大利亚也发现了其他更小、灵敏度更低的干涉仪,印度也计划安装一个。
到目前为止,还没有一种仪器能够记录引力波信号,但近年来在提高灵敏度方面取得的进展让每个人都感到乐观,我们已经在为这一发现的下一步做准备了。
头号逃犯被抓的那一天,不仅是科学的大好日子,天文学的一个新分支也将应运而生。
相比于已知的,这将有可能从一个完全不同而互补的角度来观察宇宙。
利用新的仪器和南半球的设备,将有可能识别引力波的来源,也许还可以用一种与已知的完全不同的辐射建立宇宙的图像。
利用电磁波谱的所有频率,再加上宇宙射线、中微子和引力波,可以获得这些信息,这将有助于揭示那些遥远灾难的秘密,而这些灾难隐藏着对我们宇宙更深层次的理解。
将灵敏度推到极限将试图揭示引力波化石,大爆炸的残留物,也许我们将开始理解引力在宇宙生命最初时刻的作用。
因此,我们已经在考虑在太空中安装干涉仪,这些设备将围绕太阳旋转,远离任何地震干扰,在恒星空间最深处的真空中移动,使用的激光束将传播数百万千米。
这是欧洲航天局的eLISA计划(演化激光干涉空间天线计划),目前正在对该项目进行可行性测试,可于2034年将其送入轨道。
为了应对这些最新的挑战,将需要新一代的科学家,他们能够在设计其他更复杂的工具和技术的方面实现质的飞跃。
我们需要年轻一代睿智的头脑,为知识之路注入新动力。
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