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引力波不负众望地拿下了诺贝尔物理学奖!

研之成理  · 公众号  · 科研  · 2017-10-04 07:30

正文


北京时间10月3日, 瑞典皇家科学院将2017年诺贝尔物理学奖授予雷纳・韦斯(Rainer Weiss),巴里・巴瑞斯(Barry C. Barish)和吉普・索恩(Kip S. Thorne),以表彰他们 “对于LIGO探测器和引力波探测的重大贡献”。


这个结果可谓是不负众望,在之前的预测中引力波也是排名第一。


下面是预测的介绍:


1

Gravitational waves (引力波)


影响力不言而喻,引力波三剑客年初已经去世一名英国科学家,或许Barry Barish有希望替代他的诺奖位置,不过,针对引力波国际社会应该还存在一些争议,又或许太早,答案10月3号见分晓。



Kip S. Thorne(基普索恩) US

是美国理论物理学家,主要贡献是在引力物理和天体物理学领域。索恩和英国物理学家斯蒂芬·霍金,以及美国天文学家、科普作家、科幻小说作家卡尔·萨根保持了长期的好友和同事关系。


Rainer Weiss(雷纳•韦斯) US

是美国理论物理学者,因在引力物理学与天文物理学的贡献而知名于学术界,是麻省理工学院物理学荣誉教授。在他学术生涯中最重要的成就为发展出激光干涉术,其为激光干涉引力波天文台的关键技术。魏斯是宇宙背景探测者科学工作小组的主席。


Barry Barish(巴里·巴里什) US

美国实验物理学家, 加州理工学院荣誉学士。他是引力波的领先专家。Barish 于1994年成为激光干涉仪重力波观测台(LIGO)的主要研究员,并于1997年担任主任。2015年, 首次发现两个30个太阳能大规模黑洞, 代表了引力波的第一次直接检测,因为它们是爱因斯坦在1916年的预测和首次观察的合并的一个黑洞。20世纪80年代,建立一个复杂的地下探测器来寻找磁性单极子,并解决新兴领域的粒子天体物理学的其他问题。在意大利的Gran Sasso隧道进行的地下实验提供了一些关于中微子质量的关键证据。


那么究竟什么是引力波?

关于引力波最形象的描述可能就是「时空涟漪」了。宇宙中,两个质量极大的物质(比如黑洞)相互高速地环绕,会让周围的时空产生一阵阵的「涟漪」。就像在平静的水面丢下一个小石块,水面会有一圈圈的波纹向外扩散,这时候水面就是时空,水的波纹就是引力波。

当一个引力波通过一个观测者的时候,因为应变 (strain) 效应,观测者就会发现时空被扭曲。当引力波通过的时候,物体之间的距离就会发生有节奏的增加和减少,这个频率对应了引力波的频率。


激光干涉仪探测引力波的方法

激光干涉仪也是 LIGO 以及世界上其它引力波探测站目前正在使用的探测方法,它的原理大致如下。

首先从激光器中发射出一束频率非常稳定的激光,这一束激光先通过分光镜,然后被分为两束强度相同的激光,这两束激光分别进入两个互相垂直的干涉臂(LIGO 建造了两个 4 公里长的真空管道),激光光束在抵达尽头后,会通过镜片反射回来,然后在分光镜的位置相遇,在这里会有一个输出端口,用于读出这两束激光合并在一起、产生干涉后的光强。







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