從人物到細(xì)節(jié) 引力波背后最完整的內(nèi)幕故事
2016-02-17 13:57:45   來(lái)源:百度百家   評(píng)論:0 點(diǎn)擊:

  黑洞碰撞產(chǎn)生的引力波向四周傳播,旅途中隨著距離衰減。在地球上,恐龍崛起,演化,消亡。引力波繼續(xù)前進(jìn),大概五萬(wàn)年前,引力波到達(dá)了

  一些最困難的工作發(fā)生在鏡子上。根據(jù)Reitze,這些是世界上最好的鏡子,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出任何的同類。每一面鏡子都有一尺寬,重90磅,被磨成精度到一億分之一英尺的完美的球面鏡。(一面鏡子的造價(jià)約100萬(wàn)美元。)開(kāi)始時(shí),鏡子們被懸在一圈鋼線上。升級(jí)后,它們被連接在一個(gè)鐘擺系統(tǒng)上,來(lái)隔離地質(zhì)抖動(dòng)的影響。連接它們的是溶化硅纖維——基本成分就是玻璃——足夠強(qiáng)壯來(lái)承受鏡子的重量,但是很容易破碎?!肝覀兂鲞^(guò)一次事故,一個(gè)螺絲刀掉下來(lái),刮到了硅纖維,結(jié)果整個(gè)鏡子都掉了下來(lái)?!笰namaria Effler,一個(gè)過(guò)去在那里工作過(guò)的運(yùn)轉(zhuǎn)專業(yè)技術(shù)人員告訴我。纖維的優(yōu)點(diǎn)是它的純度,根據(jù)格拉斯哥大學(xué)的Jim Hough,「當(dāng)你彈一下威士忌杯子,它會(huì)發(fā)出漂亮的振動(dòng)聲;溶化的硅比威士忌杯子還好,更像是撥動(dòng)小提琴的琴弦」音符是如此的薄可以用LIGO的信號(hào)處理軟件把它過(guò)濾掉,又一個(gè)干擾排除了。

  準(zhǔn)備高級(jí)LIGO的工作比想象的進(jìn)展得慢,所以更新的改進(jìn)的設(shè)備的投入使用時(shí)間被推遲了幾天,到2015年9月18日。Weiss被從波士頓叫來(lái)確定一個(gè)頻率干涉的源頭?!肝业搅四抢?,被嚇壞了」他說(shuō)?!高@個(gè)干涉到處都是?!顾ㄗh進(jìn)行一個(gè)星期的修理來(lái)處理,但是項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人拒絕了這一延誤,不想再耽誤一天的觀測(cè)時(shí)間?!父兄x上帝他們沒(méi)有讓我那么干,」Weiss 回憶?!肝視?huì)導(dǎo)致讓整個(gè)系統(tǒng)在信號(hào)出現(xiàn)時(shí)下線!」

  引力波被如此早的探測(cè)到引來(lái)了很多迷惑和質(zhì)疑?!肝腋嬖V所有人我們直到2017年獲2018年才會(huì)探測(cè)到任何東西,」Reitze說(shuō)。 Janna Levin,哥倫比亞大學(xué)的天體物理教授,沒(méi)有參加LIGO合作研究,也感到非常吃驚?!府?dāng)傳言開(kāi)始時(shí),我的反應(yīng)是:別逗了!」她說(shuō),「他們連鎖才剛上好!」。再說(shuō)這個(gè)信號(hào)實(shí)在是太完美了。「我們絕大多數(shù)人認(rèn)為,當(dāng)我們看到這個(gè)信號(hào)時(shí),它將是從非常多的計(jì)算機(jī)和計(jì)算周期后中從噪音中拉出來(lái)的信號(hào),」Weiss認(rèn)為。大多數(shù)人認(rèn)為這個(gè)信號(hào)是某種測(cè)試。

  LIGO團(tuán)隊(duì)包括一小組人員,專門制造隱藏的信號(hào)注入——虛假的引力波證據(jù)——作為對(duì)科學(xué)家工作的監(jiān)督。盡管每個(gè)人都認(rèn)識(shí)這個(gè)四人小組的成員,「我們都不知道什么樣的信號(hào),在何時(shí),以及是否被注入,」Gabriela Gonzalez, 合作研究的發(fā)言人說(shuō)。當(dāng)LIGO的最早的2010年的運(yùn)行中,探測(cè)器撿到了好像是很強(qiáng)的信號(hào)??茖W(xué)家們緊張的分析了六個(gè)月,最后認(rèn)為是來(lái)自河外星系Canis Major的引力波。就在他們想把發(fā)現(xiàn)投到科技期刊之前,他們被告知這個(gè)信號(hào)是被注入的假信號(hào)。

  這一次,隱藏信號(hào)小組發(fā)誓他們和這個(gè)信號(hào)沒(méi)有任何關(guān)系。Marco Drago認(rèn)為他們的否認(rèn)可能是測(cè)試的一部分,不過(guò)Reitze自己,作為四人小組的成員,有另外的擔(dān)心?!肝业膿?dān)憂是——你可以理解為這是我們對(duì)做出任何虛假發(fā)現(xiàn)的本能畏懼——有沒(méi)有其他的人惡意的在搗亂?」他說(shuō),「會(huì)不會(huì)是其他人在我們的探測(cè)器里偽造了一個(gè)信號(hào),我們沒(méi)有人知曉?」Reitze,Weiss,Gonzalez還有其它幾個(gè)人考慮了誰(shuí)還出于對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)算法的全面了解有可能制造這個(gè)假信號(hào)。他們只找到4個(gè)人選,其中沒(méi)有一個(gè)人有任何動(dòng)機(jī)去這樣做?!肝覀兩钊氡P問(wèn)了這些人,」Weiss 說(shuō),「結(jié)論是,他們沒(méi)有做這件事?!棺詈?,他說(shuō),「我們接受了最經(jīng)濟(jì)直接的解釋:這是一對(duì)黑洞造成的?!?/p>

  LIGO合作研究機(jī)構(gòu)的每一個(gè)分部門開(kāi)始確認(rèn)這一探測(cè)的有效性。他們檢查每一件設(shè)備是怎么設(shè)定和校準(zhǔn)的,每一行軟件代碼都分析,編輯了一個(gè)單子列出所有可能的環(huán)境干擾,從大氣電離層的振蕩到太平洋沿岸的地震。(「當(dāng)時(shí)有一個(gè)很強(qiáng)大的發(fā)生在非洲的閃電,」Stan Whitcomb,LIGO首席科學(xué)家告訴我。「不過(guò)后來(lái)磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x顯示它沒(méi)有足夠的干擾可以產(chǎn)生這個(gè)信號(hào)?!?最后,他們確認(rèn)了這個(gè)探測(cè)結(jié)果滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)的5西格瑪門檻,這是宣布任何物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。換句話說(shuō),這意味著這個(gè)探測(cè)結(jié)果只有3百50萬(wàn)分之一的概率是由隨機(jī)事件造成的。

  9月14號(hào)的發(fā)現(xiàn),現(xiàn)在正式命名為GW50914,已經(jīng)附帶來(lái)好幾個(gè)非常重要的天體物理發(fā)現(xiàn)。舉例說(shuō),它是第一個(gè)觀測(cè)證據(jù)說(shuō)明雙黑洞對(duì)的存在。直到現(xiàn)在,這只是理論上的可能性,因?yàn)楹诙赐淌伤兄車墓?,讓傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡無(wú)法觀測(cè)到。引力波是唯一可以逃出黑洞的壓倒性的引力場(chǎng)的信息。

  LIGO科學(xué)家已經(jīng)從這個(gè)信號(hào)中提取出令人驚訝的信息,包括源頭的黑洞的質(zhì)量,軌道速度,它們邊界接觸的時(shí)刻。它們比想象的質(zhì)量大很多,這個(gè)驚訝地發(fā)現(xiàn),如果被以后的引一步觀測(cè)印證,將會(huì)幫助解釋各個(gè)銀河中心的神秘的超級(jí)體量黑洞是如何形成的。研究團(tuán)隊(duì)還量化了黑洞的ringdown——三個(gè)能量脈沖在最終的合并后的新的更大的黑洞在球形化過(guò)程中釋放出來(lái)——也就是說(shuō)黑洞在合并后把自身的不完美部分通過(guò)引力波輻射出來(lái)。

  這次檢測(cè)還證實(shí)了愛(ài)因斯坦關(guān)于這個(gè)物理宇宙的另一個(gè)特性的想法。盡管他的理論主要是關(guān)于引力,以前理論主要是在我們自己的太陽(yáng)系進(jìn)行檢驗(yàn),在這里引力的主導(dǎo)效應(yīng)比較弱。「你僅在你爬樓梯的時(shí)候才會(huì)想起地球的引力,」Weiss 說(shuō),「但是,對(duì)于物理學(xué)來(lái)說(shuō),引力的效應(yīng)相比之下只是個(gè)小角色,非常微弱,沒(méi)有什么影響?!冈诤诙锤浇筒煌耍υ谀抢锸怯钪嬷凶顝?qiáng)的作用力,可以把原子撕碎。這些愛(ài)因斯坦在1916曾預(yù)言過(guò),LIGO的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示愛(ài)因斯坦的方程和實(shí)際觀測(cè)幾乎是完美的一致?!杆烤乖趺茨苤肋@點(diǎn)?」Weiss 問(wèn)道?!肝叶嗝聪M谀莻€(gè)早晨可以把數(shù)據(jù)拿給他看,看看他臉上的反應(yīng)?!?/p>

  自從9月14號(hào)的發(fā)現(xiàn),LIGO繼續(xù)觀察到可以作為引力波候選的信號(hào),盡管這些信號(hào)沒(méi)有第一個(gè)信號(hào)那樣具有戲劇性?!肝覀円婚_(kāi)始這樣折騰都是因?yàn)殚_(kāi)始這個(gè)大信號(hào),」Weiss 說(shuō)道?!覆贿^(guò),我們非常高興還有別的,強(qiáng)度小一些的信號(hào),說(shuō)明我們最開(kāi)始的發(fā)現(xiàn)不是單一的,瘋狂的,神經(jīng)質(zhì)的事件?!?

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