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重力波（第1页）

重力波

重力波在英文中是gravitationalwave，台湾学界称之为重力波，英文中有时也写作gravitywave；但在更多场合，gravilywave是留给地球科学与流体力学中另一种性质迥异的波动。

关于万有引力的本质，牛顿认为是一种即时超距作用，不需要传递的“信使”。爱因斯坦则认为是一种跟电磁波一样的波动，叫做引力波。引力波是时空曲率的扰动以行进波的形式向外传递。引力辐射是另外一种称呼，主要指的是这些波从星体或星系中辐射出来的现象。电荷被加速时会发出电磁辐射，同样有质量的物体被加速时就容易发出引力辐射，这是广义相对论的一项重要预言。

目前，激光干涉重力波观测台（L）GO）的物理学家正在努力搜索地球受一星际旅行者挤压的信号。存在于地球周围的重力波受到影响时，引起时空结构扭曲，从而使重力波表现出异常的拉伸和挤压现象。参加美国科学促进会年会的科学家介绍了利用L）Go的初步研究结果：目前仍然没有观测到任何有关重力波的信号存在。

美国华盛顿和路易斯安那的价值3．65亿美元的两个观测台通过长达4千米的束管发射激光，以便于探测在爱因斯坦的广义相对论中所预言的与重力波传播相关的空间微小扭曲现象。激光束彼此之间呈直角。重力波也许会使一个受到压缩而使另一个被伸长，这就导致当光束集合在一起时容易形成微弱的闪光。

到现在为止，重力波研究并没有出现在项目第一期计划的四个实验中。有关分析也只是涉及到重力波的种类探讨。L）G0干涉仪可以搜索一些老化的行星崩解时所发出的冲击波，例如，两个密度很大的行星相撞时会发出高频波。另外的两支研究队伍，一个致力于研究电磁脉冲的周期性来源，另一个致力于早期宇宙留下的重力波背景，目前尚未有什么明确的收获。

从2000年10月开始运行以来，L）GO的科学家始终在努力减少噪音的影响——比如地震引起的振动和在路易斯安那伐木所带来的噪音——一些会使机器摇动同时阻碍机器寻找重力波的微弱信号。L）GO的一位研究成员、麻省理工学院的物理学家瑞那·威斯认为，这些问题很快就可以解决。他说：“现在我们距预定的灵敏度还有一定距离。尽管我们没有达到理想状态，但是我们是处在射程范围之内的。”

关于重力波的一些试验：

实验室一

朴素的台面和擦亮的镜子悬挂试验架上，就像试验台上的一个钟摆。尽管此镜子可以透过可见光，但反射的几乎是干涉仪中激光发出的近100％的红外光。这种干涉仪是包含有激光的一种仪器，利用红外线激光束发出的光线，可以非常精确地测量距离。此激光束越长，此干涉仪就越灵敏。当极其强大的重力波经过此干涉仪时，它将会因时空扭曲而稍微改变此仪器的长度。

实验室二

俯视美国加利福尼亚理工学院干涉仪的顶上，我们可以看到一个“L”形装置，其每一条胳膊都包含有一个能够延伸40米的激光束。这些不锈钢室被抽空只剩下大约十亿分之一的大气，为激光束创造了一个极其重大且必要的真空环境。

这类似于华盛顿州和路易斯安那州的干涉仪样机，只是相对小一点。后者的胳膊可以测量4公里处的数据。这二处类似的装置让科学家来证实异常探测确实是重力波路过，而并非汽车经过此实验室。

实验室三

在此真空室中，激光束分裂器位于此干涉仪2条胳膊的交叉处，也就是“L”形的拐点上。此工作台主要是由一系列镜子、过滤器和其他光学装置构成。从这里看，此红外线激光束被输送到了这个系统的每一条胳膊深处。每一束激光被用来校准同样的极端精确的回声。倘若一束激光碰到了任何干涉，另一束激光就能测量到它。

探测重力波的问题在于它们作用地球的效果变化特别小。由遥远事件产生的强大重力波等到它们到达地球时已经十分微弱了。正因为如此，用于探测重力波的仪器必须特别精确和精细。左边是此干涉仪一条胳膊的一个终端，包含4面主镜中的一面，和各种各样的较小镜子在一起。这些镜子被用来校准并且排列此激光。此主镜将激光束反射回“L”形的拐点上，以进行测量。

实验室五

此激光（在分裂之前）起源于右边的白色管子中。这些管子里含有精心制作的精密仪器，用于探测尽可能多的信号噪音。此实验室中工作的噪音校正技术令人无法置信，它们具有一层层的隔离保护。此激光束来自一个20厘米的石英管中，这个石英管悬挂在钟摆上。钟摆本身具有弹簧、地震隔离堆与真空室。

这个悬浮的圆柱中前后回弹的光子以干涉仪运转的精确波长引起共鸣。任何频率的变化或此激光束长度的偏移会引起此真空室不会出现共鸣现象，从而能被此系统测量出来。

实验室六

这种干涉仪一条胳膊未端的一个光学台面被用于监测激光束的强度、位置和角度。

实验室七

此光学台面用于感知来自此干涉仪胳膊交叉点上不同出口的光线，在这里有一天可以探测到重力波的。为实现这一目标，它的上面也会覆盖有激光干涉重力波观测台建造的传感器。

实验室八

中心的3个盒子是象限光电二极管，主要用于探测激光束的位置。

实验室九

激光干涉重力波观测台样机干涉仪需要大约十亿分之一大气的特别真空的环境，也就相当于低地球轨道运行中所发现的真空水平。为了达到这种极度真空的状态，必须得配备一个自由振动的磁悬浮的涡轮泵才行。真空歧管和远程控制阀，可帮助驱动此真空。

实验室十

一些充气风箱让干涉仪胳膊长度能够被用于调节来弥补此不锈钢的温度膨胀变化。如果没有这些风箱，当周围温度每一次变化时，高真空室将会被扯下来，甚至拖拉到地板上。