防引力波辐射服”,真的有卵用?张双南讲给你听

作者: 张双南

来源: 果壳

发布日期: 2017-10-11

本文讲述了张双南教授关于引力波的发现、探测及其对科学和技术的深远影响,以及引力波探测的未来计划,特别是中国在这一领域的参与和贡献。

2017年10月3日,我提前结束了远在河南家乡的“十一”长假回到北京,准时赶到了果壳网的2017年诺贝尔奖点评直播间,和主持人吴欧、清华大学的王青教授、北京师范大学的张帆副教授聊2017年的诺贝尔物理学奖。在等待开奖之前的尬聊中,主持人要我预测今年的物理学奖,我毫不犹豫地说:当然是发现引力波,否则就没有天理了!

果然,最终诺奖委员会宣布的结果和我以及物理学界大部分学者的预言完全一样:2017年的诺贝尔物理学奖授予了三位美国物理学家,表彰他们对于研制激光干涉引力波天文台以及利用该天文台发现了引力波做出了决定性的贡献。

2016年2月12号,也就是LIGO团队宣布发现了引力波的第二天,我发了一篇文章,题目是《一瓶茅台作赌注:下一个引力波事件要等到猴年马月吗?》。

这篇文章的起因,是我在一篇文章里面写了这样一句话:“不过,下一个引力波事件恐怕真的得等猴年马月了。”写这句话是因为我认为宇宙中黑洞火并产生引力波的事件应该极为稀少,LIGO探测到了一个纯属运气,后面再探测到恐怕就得等到升级灵敏度提高以后了。但是我的同行好朋友王力帆教授看到后表示不同意,他认为探测到了一个,后面就应该噼里啪啦的接着探测到一批。

所以我俩就打了一个赌,如果LIGO升级之前还能探测到引力波,就算我输了,否则他输。赌注是一瓶茅台,国家天文台副台长薛随建研究员是证人。当然结果大家都知道了,LIGO在升级之前又探测到了三个引力波事件,所以我输了,黑洞的确经常火并!

引力波有什么用?防引力波辐射?

我作关于引力波的科普报告或者公众演讲的时候,或者我被记者采访有关引力波的事情的时候,每一次,绝对是每一次,我都会被问到这个问题:引力波有什么用?取决于我当时的心情或者是谁问我,我会在下面这几个答案中选一个回答:1)什么用都没有,但是在研究如何探测引力波的过程中,科学家研制出来的技术非常有用,因为探测引力波需要世界上最精密的测量技术,技术水平远远超越目前工业的水平,因此这些技术对人类非常有用。

实际上,LIGO团队研发的有些贴近目前工业水平的技术已经得到了应用,更多的远远高于目前工业水平的技术,未来肯定会得到应用。2)艺术有什么用?但是人类在艺术上花的钱远远比在科学上花的钱多。有一次一个女生回应说,艺术让我感到幸福啊,我说,引力波让科学家感到幸福,科学家幸福了,人类就幸福了。

3)就像100年前物理学家们研究相对论和量子力学的时候,没有人知道这些理论对我们有什么用一样,今天我们也不知道研究引力波对我们有什么用。但是相对论和量子力学建立之后100年,我们的现代科技和日常生活都已经离不开根据相对论和量子力学的原理所发展出的日新月异的技术了,从半导体到超级计算机,从核能到GPS导航,从医学诊断设备到量子通信,无不是如此。100年后,谁知道引力波的研究会带给我们什么呢?

科学研究的重要性,就在于会带给人类完全预想不到的惊喜,其回报总是无数倍于其投资!

引力波探测的未来和中国的计划。地面探测引力波的装置除了LIGO之外,在意大利和德国也有类似的装置,而意大利的那个装置也探测到了一次引力波。澳大利亚、印度和日本也都在计划或者研制类似的引力波探测器。这些激光干涉仪一起构成的网络可以用来精确的定位引力波源。

下一代的激光干涉仪计划,如爱因斯坦望远镜将建造在地下,由三个10千米长的臂构成等边三角形,每个角上放两个探测器,可以用来探测引力波的偏振,获得更多的信息。我国相关大学及研究所也在计划建造地下激光干涉引力波探测器。由于受到地球引力梯度的限制,在地面上不可能观测频率低于1 赫兹的引力波。如果要探测更低频率的引力波,就需要在空间进行探测。

计划中的空间探测引力波计划有欧空局的激光干涉空间天线计划(LISA),日本的分赫兹干涉引力波天文台、中国科学院的太极计划,以及中山大学的天琴计划等。此外,脉冲星测时阵可以通过观测引力波对电磁波在空间传播过程中的影响来探测引力波,这种方法可以测量到频率更低的引力波。国际上的脉冲星测时阵有欧洲脉冲星测时阵、北美纳赫兹引力波天文台、Parkes 脉冲星测时阵等国际脉冲测时阵。

中国科学院的110米口径全可动射电望远镜和500米口径球面射电望远镜(FAST)天眼望远镜,也可以通过脉冲星测时阵方法测量引力波。

2017年的诺贝尔物理学奖对百年现代物理学做了一个了断,同时开启了科学史上一个激动人心的新时代。很幸运,我们目睹了这个伟大的事件!本文节选自张双南小讲《极简天文课:引力波与现代物理学的新时代》。

10月3日,引力波“拿下”了今年的诺贝尔物理学奖,成为了最快获得诺奖的研究之一。关于引力波,你是不是也充满着好奇?引力波这个科学发现到底是什么?它和现代物理学的发展有什么关系?它和爱因斯坦是什么关系?爱因斯坦做对了什么,又做错了什么?引力波探测历史上曾经有过什么样的乌龙,又有哪些艰辛和悲情?去年曾经热闹了一阵子的那个“诺贝尔哥”郭英森先生是引力波专家吗?来分答小讲,听张双南教授讲述引力波的传奇吧!

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