如何探測引力波?

2020-12-06 科學網

【陳孝良：人類可以「聽到」的引力波】

美國東部時間2015年9月14日5時51分，位於利文斯頓的探測器首先傳出撞擊聲，7毫秒後，漢福德的探測器也傳出撞擊聲。這意味著有引力波傳到了地球，並被美國的「雷射幹涉引力波天文臺」（LIGO）的兩臺孿生引力波探測器探測到。

下圖顯示了GW150914的頻率在0.2秒內從35赫茲迅速增加到150赫茲，時間相差7毫秒，這個時間差與光或者引力波在兩個探測器之間傳播的時間一致。

35赫茲到150赫茲，這個頻段實際上是人類可聽到的低頻聲音，所以才會在雷射幹涉探測中產生上述類似撞擊的聲音出現。LIGO給出了這個信號片段。但是，用手機喇叭和耳機播放的朋友們就別嘗試了，這個頻段普通手機喇叭和耳機是很難播放出來的，需要接到一個專業音響系統中才能感受到人類首次探測到引力波的喜悅！【閱讀原文】

【嶽東曉：黑洞狂舞之聲——引力波暢想曲】

1960年代，美國物理學家約瑟夫-韋伯 （Joseph Weber) 設計了一組實驗，通過觀測金屬鋁圓柱體的振動來觀測引力波。

韋伯的努力鼓舞了後繼者。

 

LIGO是一個L型的雷射幹涉儀，L型的每個臂長為4公裡，裡面抽成超高真空。建造這麼個觀測站耗資數億美元，每年運行費用數千萬。從2002年建成後運行8年，一直沒有探測到引力波。經分析總結之後，認為必須升級提高靈敏度。於是又投入數億美金，進行升級改造。終於非常肯定地探測到了引力波。

這次LIGO探測的引力波最大的信號為十萬億億分之一。這是個什麼概念呢？ 探測器的臂長是4000米，這個長度的十萬億億之一是400億億分之一米，而一個氫原子的半徑約為400億分之一米。也就是說，LIGO探測到的長度最大變化只有一個氫原子半徑的一億分之一。其效應如此之小，引力波的概念愛因斯坦在100年前提出，到今天才被探測到也就並不奇怪了。【閱讀原文】

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