引力波的探测

1.引力波探测器的发展

早的引力波探测器是共振型引力波探测器：

上世纪60年代，马里兰大学的物理学家韦伯(Joseph Weber)首先提出了一共振型引力波探测器。该探测器由多层铝筒构成，直径1米，长2米，质量约1000千克，用细丝悬起来。当引力波经过圆柱时，圆柱会发生共振，进而可以通过安装在圆柱周围的压电感器检测到。韦伯曾经在相距1000千米的两个地方同时放置了相同的探测器，只有两个探测器同时检测到相同的信号才被记录下来。1968年，韦伯宣称他探测到了引力波，立刻引起了学界的轰动，但是后来的重复实验都无所获。

后来人民发展出了激光干涉仪为原理的探测器。世界范围内，除了美国LIGO 引力波探测器之外，还有德国和英国合作的GEO600、法国和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及计划中的LCGT、澳大利亚计划中的AIGO以及印度计划中的LIGO-India。

2.引力波探测的原理

是利用激光干涉引力天文台来探测，其原理使用了迈克尔孙干涉仪和法布里-柏罗干涉仪等。

但是它与传统的迈克尔逊干涉原理有着本质的不同，简单来说就是光速恒定，时空弯曲，路程变化，本来互相“抵消”的光线没有抵消，然后就产生了信号。具体原理涉及到相对论方程。

3.激光干涉引力天文台的建造

激光干涉引力波天文台于1999年11月建成，耗资3.65亿美元。2005年，激光干涉引力波天文台开始进行改造，包括采用更高功率的激光器、进一步减少振动等。

2015年，最新的激光干涉引力波天文台正式上线。最新建造的激光干涉引力波天文台在华盛顿州与路易斯安那州之间架设了两个引力波探测器，主要部分是两个互相垂直的长臂，个臂长4000米，臂的末端悬挂着反射镜，管道采用不锈钢制成，直径1.2米，内部真空度为10-12大气压。大功率的激光束在臂中来回反射大约50次，使等效臂长大大增加，这样就会形成干涉条纹，如果引力波传播到地球上，那么就可以引起干涉条纹的位移。

为了降低地震对系统带来的干扰，光学装置安装在结构复杂的防振台上，为降低空气分子热运动的影响，光路中抽成10-12大气压的真空。此外还要在路易斯安那州和华盛顿州建造两个相同的探测器，彼此相距3000公里。只有两个探测器同时检测到信息时，才有可能是引力波的信号

4.引力波探测遇到的困难

事实上，引力波就像是时空的涟漪，如果将时空想象成水面，那么天体碰撞事件就如同块石头落入水中所引发的水波，只不过引力波的传播速度可以达到光速。为了寻找引力波，科学家需要借助宇宙中的极端事件，比如黑洞合并、中子星事件等，因为大质量天体可以产生相对较强的引力波。只不过如此事件较为罕见，在银河系内大约平均每1万年会发生一次。

引力波的探测要求仪器的灵敏度达到能够检测长度到为10-21量级的变化，也

就是1000米的长度上变化10-18米，相当于质子尺度的千分之一，对技术的要求极其苛刻。

5. 引力波的发现

美国当地时间2016年2月11日上午10点30分(北京时间2月11日23点30分)，美国国家科学基金会(NSF)召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO 科学合作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布：人类首次直接探测到了引力波!

这次探测到的引力波是由13亿光年之外的两颗黑洞在合并的最后阶段产生的。两颗黑洞的初始质量分别为29颗太阳和36颗太阳，合并成了一颗62倍太阳质量高速旋的黑洞，亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间，经过13亿年的漫长旅行，终于抵达了地球，被美国的“激光干涉引力波天文台”(LIGO)的两台孪生引力波探测器探到。

6.引力波探测的意义

引力波天文学将是继传统电磁波天文学、宇宙线天文学和中微子天文学之后，人类认识宇宙的全新窗口，必将引发一场天文学的革命。

引力波探测除了能够检验广义相对论之外，还有助于证明其它版本的引力理论正确与否，还将推动引力量子化的研究，最终把引力融入其它三种基本相互用，完成爱因斯坦的伟大梦想。

引力波像其它的波一样，携带着能量和信息。电磁波(宇宙背景微波辐射)只能让我们看到大爆炸38万年之后的景象，而引力波能够让我们回望宇宙大爆炸最初瞬间，检验宇宙大爆炸理论的正确与否。

原初引力波与阿里探测计划

原初引力波与阿里探测计划 张新民苏萌李虹李明哲蔡一夫 2016年3月公布的我国“十三五”规划纲要中列入了“强化宇宙演化、物质结构、生命起源、脑与认知等基础前沿科学研究”，从国家科技发展的战略高度肯定了宇宙演化等基础前沿科学的重要性。不久前的2016年2月11日，LIGO实验组和美国自然科学基金委员会联合宣布探测到来自于十三亿年前由两个黑洞并合产生的引力波,这是人类第一次直接探测到引力波，可谓一项里程碑式的发现。 ▍一、引力波源及其探测方式 引力波源大体可分为两种，天体物理起源和宇宙学起源。对应不同的波源，相应的探测方式也不一样，如图1所示。 图1，引力波的源及相应的探测方式 （图片来自NASA Goddard Space Flight Center）▍（一）天体物理起源的引力波及其探测

天体物理起源包括以下三类： （1）中子星、恒星级黑洞等致密天体（几十个太阳质量左右）组成的致密双星系统的合并过程。这类引力波的频率处于10赫兹- 1000赫兹量级的高频段，相应的探测手段是地面激光干涉仪。与迈克耳孙干涉仪一样，在引力波激光干涉仪中激光被分裂成两束后在两个垂直的臂中传播并发生干涉。当引力波经过时，局部的时空发生变形，两个臂的相对长度会发生改变，相应地激光干涉条纹就会移动。此类实验最具代表性的就是LIGO，利用长达4千米的两个互相垂直的探测臂首次探测到了引力波信号。 （2）大质量黑洞并合过程的后期、银河系内的白矮双星系统。频率为10?5赫兹 -1赫兹，这类引力波信号可通过空间卫星阵列构成的干涉仪来探测，如欧洲的eLISA计划。 （3）超大质量黑洞（数百万到数亿太阳质量）并合。频率为10?9赫兹 -10?6赫兹，探测手段是脉冲星计时，即利用地面上的大型射电望远镜，监视校准后的若干毫秒脉冲星。如果其附近有大质量黑洞并合时发出的引力波，这些毫秒脉冲星的脉冲频率会有变化。国际上20世纪70年代就开始这方面的研究，90年代已获得诺贝尔奖，我国在这方面有计划运行的FAST实验。 综上所述，天体物理过程产生的是高频引力波，相应的探测装置覆盖的频率范围在10?9赫兹以上。 ▍（二）宇宙学起源的原初引力波及其探测 除了天体物理起源以外，在宇宙的早期剧烈的量子涨落会产生充满整个宇宙空间的引力波，称之为原初引力波。自1940年代以来，

引力波的发现历程

引力波的发现历程 班级：12级物理一班 姓名：陈昊昱 学号：1207020008 摘要：引力波是根据爱因斯坦的广义相对论作出的奇特预言之一，现代引力波研究已成为天体物理学的一个重要前沿课题。 关键字：引力波(gravitational waves) 广义相对论电磁波 一、引力波初期探索 牛顿在数学，物理和天文学方面有着许多重要的贡献。但是，他最为人知的贡献是发现了引力学定理。爱因斯坦的许多理论，包括对引力波的预言，都是从牛顿引力学理论中得到灵感的。 其中一个最广为人知的故事，是描述有一天，牛顿正坐在一棵苹果树底下思考着宇宙。突然一个苹果从天而降砸到了他的头上。震惊中的牛顿马上意识到发生了什么事。就在这一瞬间，他认识到了引力是怎样将物体拉向地球的。 这个故事可能是虚构的，但它却符合事实。牛顿对自然的观察使他发现了引力定理。他认识到那个将苹果拉向地球的力很可能与使月亮围绕地球转的力是一样的。从而，他认为所有物体之间一定存在一种吸引的力，并称之为引力。 根据他的发现，牛顿注意到所有物体都互相吸引。质量越大，引力越大，但随离开物体距离的增大而减小。他称这就是引力定理。 在他的引力学理论中，牛顿结合了另外三位伟大的科学家哥白尼(1473-1543)，开普勒(1571-1630)，伽利略(1564-1642)的理论。牛

顿的理论解决了许多他那个时期的难题，包括潮汐产生的原因，地球和月亮的运动，以及彗星的轨道问题。 虽然牛顿的理论解释了什么是引力，但是，在随后的300年中，引力产生的原因仍然是个谜 爱因斯坦认为是一种跟电磁波一样的波动，称为引力波。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，指的是这些波从星体或星系中辐射出来的现象。牛顿认为是一种即时超距作用，不需要传递的“信使”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会发出引力辐射，这是广义相对论的一项重要预言。 二、引力波检测的开拓者 爱因斯坦在把狭义相对论推广到广义相对论的研究过程中，他不但向世人说明引力是一种场，而且还发现了场方程，而场方程是联系引力物质的质量与时空“弯曲”的程度、性质之间的桥粱。 爱因斯坦认为，物质的分布及运动不仅决定其周商整阊的“弯曲”程度，同时还影响周围时间的流逝。这个“弯曲”的空间和时间一起，反过来再决定其周围物质的运动。物质间的万有引力作用就是通过上述过程来实现的，这当然不能在瞬间完成。 当某一物体作加速运动时，就会以有限的速度逐步影响周围的时空结构，若这种影响以波动方式向空问传播，从而逐点改变着原来已经弯曲的时空，进而影响周围物体的运动。例如激发起其他物体作机械振动等，而那正是引力波的传播。这就好似电荷发生运动变化，引

原初引力波与阿里探测计划

3 原初引力波与阿里探测计划 张新民1 苏 萌2 李 虹3 李明哲4 蔡一夫5 （1 中国科学院高能物理研究所理论物理研究室 100049；2 麻省理工学院物理系 02139；3 中国科学院高能物理研究所粒子天体物理中心 100049；4 中国科技大学交叉学科理论研究中心 230026；5 中国科技大学天 文学系 230026） 2016年3月公布的我国“十三五”规划纲要中列入了“强化宇宙演化、物质结构、生命起源、脑与认知等基础前沿科学研究”，从国家科技发展的战略高度肯定了宇宙演化等基础前沿科学的重要性。不久前的2016年2月11日，LIGO 实验组和美国自然科学基金委员会联合宣布探测到来自于13亿年前由两个黑洞并合产生的引力波，这是人类第一次直接探测到引力波，可谓一项里程碑式的发现。 一、引力波源及其探测方式 引力波源大体可分为两种，天体物理起源和宇宙学起源。对应不同的波源，相应的探测方式也不一样，如图1所示。 （1）中子星、恒星级黑洞等致密天体（几十个太阳质量左右）组成的致密双星系统的并合过程。这类引力波的频率处于10~1000赫兹量级的高频段，相应的探测手段是地面激光干涉仪。与迈克耳孙干涉仪一样，在引力波激光干涉仪中激光被分裂成两束后在两个垂直的臂中传播并发生干涉。当引力波经过时，局部的时空发生变形，两个臂的相对长度会发生改变，相应地激光干涉条纹就会移动。此类实验最具代表性的就是LIGO ，利用长达4千米的两个互相垂直的探测臂首次探测到了引力波信号。 （2）大质量黑洞并合过程的后期、银河系内的白矮双星系统。频率为10–5~1赫兹，这类引力波信号 可通过空间卫星阵列构成的干涉仪来探测，如欧洲的eLISA 计划。 （3）超大质量黑洞（数百万到数亿太阳质量）并合。频率为10–9~10–6赫兹，探测手段是脉冲星计时，即利用地面上的大型射电望远镜，监视校准后的若干毫秒脉冲星。如果其附近有大质量黑洞并合时发出的引力波，这些毫秒脉冲星的脉冲频率会有变化。国际上20世纪70年代就开始这方面的研究，90年代已获得诺贝尔奖，我国在这方面有计划运行的FAST 实验。 综上所述，天体物理过程产生的是高频引力波，相应的探测装置覆盖的频率范围在10–9赫兹以上。 （二）宇宙学起源的原初引力波及其探测 除了天体物理起源以外，在宇宙的早期剧烈的量子涨落会产生充满整个宇宙空间的引力波，称之为原初引力波。自20世纪40年代以来，经典热大爆炸宇宙学取得了巨大的成功，其预言的宇宙轻元素丰度、 宇宙微波背景辐射等均被实验证实，其中关于微波背 图1 引力波的源及相应的探测方式（图片来自NASA Goddard Space Flight Center ） （一）天体物理起源的引力波及其探测 天体物理起源包括以下三类： DOI:10.13405/https://www.wendangku.net/doc/b210833736.html,ki.xdwz.2016.02.001

引力波的探测

1.引力波探测器的发展 早的引力波探测器是共振型引力波探测器： 上世纪60年代，马里兰大学的物理学家韦伯(Joseph Weber)首先提出了一共振型引力波探测器。该探测器由多层铝筒构成，直径1米，长2米，质量约1000千克，用细丝悬起来。当引力波经过圆柱时，圆柱会发生共振，进而可以通过安装在圆柱周围的压电感器检测到。韦伯曾经在相距1000千米的两个地方同时放置了相同的探测器，只有两个探测器同时检测到相同的信号才被记录下来。1968年，韦伯宣称他探测到了引力波，立刻引起了学界的轰动，但是后来的重复实验都无所获。 后来人民发展出了激光干涉仪为原理的探测器。世界范围内，除了美国LIGO 引力波探测器之外，还有德国和英国合作的GEO600、法国和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及计划中的LCGT、澳大利亚计划中的AIGO以及印度计划中的LIGO-India。 2.引力波探测的原理 是利用激光干涉引力天文台来探测，其原理使用了迈克尔孙干涉仪和法布里-柏罗干涉仪等。

但是它与传统的迈克尔逊干涉原理有着本质的不同，简单来说就是光速恒定，时空弯曲，路程变化，本来互相“抵消”的光线没有抵消，然后就产生了信号。具体原理涉及到相对论方程。 3.激光干涉引力天文台的建造 激光干涉引力波天文台于1999年11月建成，耗资3.65亿美元。2005年，激光干涉引力波天文台开始进行改造，包括采用更高功率的激光器、进一步减少振动等。 2015年，最新的激光干涉引力波天文台正式上线。最新建造的激光干涉引力波天文台在华盛顿州与路易斯安那州之间架设了两个引力波探测器，主要部分是两个互相垂直的长臂，个臂长4000米，臂的末端悬挂着反射镜，管道采用不锈钢制成，直径1.2米，内部真空度为10-12大气压。大功率的激光束在臂中来回反射大约50次，使等效臂长大大增加，这样就会形成干涉条纹，如果引力波传播到地球上，那么就可以引起干涉条纹的位移。 为了降低地震对系统带来的干扰，光学装置安装在结构复杂的防振台上，为降低空气分子热运动的影响，光路中抽成10-12大气压的真空。此外还要在路易斯安那州和华盛顿州建造两个相同的探测器，彼此相距3000公里。只有两个探测器同时检测到信息时，才有可能是引力波的信号 4.引力波探测遇到的困难 事实上，引力波就像是时空的涟漪，如果将时空想象成水面，那么天体碰撞事件就如同块石头落入水中所引发的水波，只不过引力波的传播速度可以达到光速。为了寻找引力波，科学家需要借助宇宙中的极端事件，比如黑洞合并、中子星事件等，因为大质量天体可以产生相对较强的引力波。只不过如此事件较为罕见，在银河系内大约平均每1万年会发生一次。 引力波的探测要求仪器的灵敏度达到能够检测长度到为10-21量级的变化，也

引力波,引力波源及引力波探测

引力波,引力波源及引力波探测 摘要：目的通过讨论初步了解引力波及其检测方法方法采用查阅文献，小组汇报，互相交流的方式。结果初步了解引力波，同学们积极发言，小组讨论效果明显。结论通过独自查阅文献，互相讨论交流，我们对引力波有了更深刻的认识，也获得了许多有用的知识。这是一种增长知识，开阔视野的有效的学习方式。 关键字：引力波；检测；原理；意义 1. 引言 广义相对论的几个经典检验和预言 1．光谱线在引力场中的红移；距引力场源较远处接收到光的频率较低，原因：光“逃离”引力场源需要做功。 2．光线在引力场中的偏折；牛顿理论加上光子概念可以定性解释，但定量结果却总只有观测值的一半。 3. 水星进日点的进动；多出来的43秒／百年，牛顿理论加上摄动修正无法解释。以上三点均是广义相对论的直接推论－－史瓦西解（Schwarzschild1916）的直接结果。传感器一般由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是指传感器中能直接感受（或响应）被测量的部分；转换元件是指传感器中敏感元件感受（或响应）的被测量，转换成适于传感和测量的电线号的部分。 4．雷达回波延迟；1964年Shapiro首次提出。地球发出的雷达信号经太阳附近到达另一行星（或飞船），然后返回，测量信号发出与接收的时间。与广义相对论的吻合程度非常高。 5．引力波；下面专门谈。 6．黑洞；等。 引力波：指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，以引力辐射的形式传输能量的波。 2. 实验 2.1 共振型棒式天线： 代表：Weber棒(美国) 实验装置：悬挂的铝棒（重1.4吨）＋压电陶瓷传感器。灵敏度为h~2X10-15。 Weber的检测器工作在室温下，来自热运动的噪声会干扰实验结果。目前采用高Q值低内耗铝合金在超低温(10-2K)下工作，工作的引力波频段为~1000Hz段，灵敏度为h~2X10-21。 缺点：非共振频段的引力波反应弱；守株待兔式探测需要昂贵的实验维持费用。 部分实验结果： 1969年，韦伯(J. Weber)宣称探测到了来自银河系中心的引力波，实验结果发表于美国物理评论快报(Physics Review Letter)，但后来相继建成的更高灵敏度的引力波检测器没能重复其结果，因此其结论目前仍然未能被科学界接受，认为是噪声而非引力波！ 1987年有个小组声称接收到了来自大麦哲伦星云(属于银河系的近邻星系)中的超新星1987A 爆发时的引力辐射。 这两个结果都因为没有旁证而无法得到公认. 2i.2激光干涉仪探测器： 代表：LIGO（美国） 其原理与传统的迈克尔逊干涉仪完全相同,引力波作 用将引起两垂直光臂(检验质量)产生不同的距离变化，从而改变两束干涉光的光程差，通过干涉条纹移动反映出来！其工作频率下限为10Hz。欧洲宇航局拟建的LISA工作频率下限为10-2Hz。 部分实验结果： 2016年6月16日凌晨，LIGO合作组宣布：2015 年

关于引力波的探测与未来前景

关于引力波的探测与未来前景 在我们身边存在着各种各样的波。池塘里碧波荡漾、大海中波浪滔天，这是我们看得见的水波；小提琴琴声缭绕使人心潮澎湃，老师讲课发出的声音，这是听得到、看不见的声波；地震时房屋倒塌，地动山摇，这是我们听不到也看不见，但破坏力极强的地震波。除此之外，在我们身边还有五彩斑斓的光波、传递信息的无线电波等等。那么在神秘的宇宙间，还存在这一种既看不见，又摸不着，甚至很难探测到的一种波——引力波。 在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。时空命令物质如何运动，而物质引导时间如何弯曲。如果把时空想象成一张巨大的橡胶膜，有质量的物体会让橡胶膜弯曲，就像在蹦床上扔了一个保龄球。质量越大，时空被引力波扭曲的越厉害。就好比太阳系，太阳的质量非常大，导致周围的引力波发生扭曲，时空大大形变而产生了巨大的涟漪，而地球与其他行星正位于这涟漪之内。如果你想在这样的形变下走直线，最终你会发现你实际上是在绕着形变的中心也就是发出引力波的中心绕圈。轨道就是这么来的，并没有什么力拉着行星绕圈，而是时空的扭曲导致行星在绕圈。所以从某种意义上来讲行星是在这段时空内做直线运动，只不过时空是弯曲的罢了。有质量的物体一加速，改变

了时空中的扭曲，引力波随之而生。任何有质量的物体并且有能量的物体都能产生引力波，要是我们绕着操场跑一圈，我们也会产生时空的涟漪。但是由于我们的质量太小，那些引力波太微不足道了，实际上根本无法被探测到。就像前不久LIGO科学合作组织在2月11号直接探测到了引力波，而此次探测到的引力波是由两个黑洞合并引发的。这两个黑洞的直径都在150公里左右，它们不断靠近，旋转，并最终合并成一个黑洞。两个黑洞一个达到太阳质量的29倍，一个为太阳质量的36倍。据推测，两个黑洞的合并发生在13亿年前，合并过程中产生的引力波经漫长的传播最终抵达地球。据推测，两个黑洞以1/2光速的速度相撞后合并。二者在合并的过程中释放出约3个太阳质量的能量，这些能量以引力波的形式辐射出去。在穿过13亿光年之后到达地球，最为时空的涟漪，也仅仅将LIGO的4公里臂长改变了一个质子直径的万分之一，也相当于将太阳系到我们最近恒星之间距离改变了一个头发丝的宽度。这种及其微小的变化，如果不借用异常精密的探测器，我们根本是探测不到的。所以对于我们的质量来说，完全不可能将我们所释放的的引力波探测到。 那么，LIGO是如何探测到引力波的呢？首先，它采用的是激光干涉的思路。如果你我之间的时空被拉伸或者压缩了，仅凭我们去观察地上等距的标记，是不可能的。因为这

引力波探测的未来

引力波探测的未来 邓雪梅/编译 在利文斯顿市，工程师们正在为LIGO引力波探测器进行升级 ●在经历了二十年的漫长岁月并耗资超过5亿多美元，世界上最大的引力波探测器——LIGO——或将成为对引力波探测最为敏感的仪器。然而近十年来，LIGO的首要任务是搜寻引力波，但却没有任何发现。随着设备的升级，该项目将面临不得不最终兑现其承诺的残酷现实。 在路易斯安那州巴吞鲁日东面的湿地中，对引力波的搜索在中午后才算真正开始。这缘于附近公路的车辆声、火车的呼啸，以及伐木工人偶尔发出的电锯声的干扰，因此，上午的工作往往一无所获。 即使是现在（5月的一个下午6点），在利文斯顿市激光干涉引力波天文台（LIGO）的控制室中，瑞恩·德罗萨（Ryan de Rosa）正无奈地凝视着一套电脑显示器。尽管显示器画面稳定，但仍不时会出现震颤波——这是人类感觉不到的，由墨西哥湾沿岸100多公里外产生的地震、交通嘈杂声以及海浪声引发的，看起来就像锯齿状的山峰。 为了掌控引力波探测器红外激光光束（这些光束在两个长达4 000米的通道中来回反射），这位来自路易斯安那州立大学的物理学家德罗萨及其团队，正致力于实现对LIGO的一个主要升级工作，即通过控制光束以及测量其走过的路径，他们希望能观测到由引力波经过时所产生的独特振荡——这个时空涟漪是爱因斯坦在几乎100年以前预测的——但时至今日，还没有发现引力波存在的直接证据。 另一组致力于华盛顿州汉福德核设施探测器研究的团队将于几个月内抵达。如果一切顺利的话，这两套耗资近6.2亿美元的设备或于明年恢复数据，届时将会成为世界上对引力波探测最敏感的仪器， LIGO 小组因此很有可能会成为第一个直接探测到引力波的研究团队。 寻找引力波的直接证据将把天文学推向新的时代。天文学家声称，如果找到成千上万个引力波源的存在证据，这将有助于获知黑洞碰撞、恒星自身湮灭及时空振动的秘密。届时，引力波会彻底打开一个动态且不断变化的宇宙新窗口。 然而近十年来，LIGO的首要任务是搜寻引力波，但却没有任何发现。现在，随着设备的升级，该项目将面临不得不最终兑现其承诺的残酷现实。 无处不在却无影无形

引力波_引力波源和引力波探测实验_唐孟希

引力波、引力波源和引力波探测实验 唐孟希1,李芳昱2,赵鹏飞3,唐敏然4 (1.中山大学物理系,广州510275;2.重庆大学应用物理系,重庆400044; 3.湛江师范学院物理系,湛江510089; 4.中山大学中山医学院基础部,广州524048)摘要:引力波是爱因斯坦和其他物理学家提出的关于广义相对论的四大预 言之一。除了PSR1913+16引力辐射阻尼的观测提供了引力波存在的间接证据外,科学家至今仍没有在实验室中确证引力波的存在。由于人类目前的技术水平还不可能在实验室中产生强度可供探测的引力波,而宇宙中存在大量大质量、高速运动的天体,有可能产生较强的引力波,天体引力波源自然成为现阶段科学家研究引力波的首选。本文介绍广义相对论框架下预言的引力波性质,引力波探测的理论依据,共振型棒式天线和激光干涉仪两大类探测器的基本原理,引力波探测实验的现状和面临的困难,科学家采取的对策,以及爆发型和连续型两类天体引力波源。最后介绍了正在计划中的几个引力波探测空间实验。 关键词:广义相对论;引力波;引力波源;空间实验 中图分类号:O 412,P 142.84　文献标识码:A 文章编号:1001-7526(2002)03-0071-17 1　广义相对论和引力波 牛顿的引力理论统治了物理学界200多年。根据牛顿的引力理论,由两个质点组成,作周期运动的动力学系统,运动轨迹是一个封闭的椭圆,太阳系的行星轨道就属于这种情况。当考虑到太阳的质量四极矩和受到其他天体的摄动时,行星绕太阳运动的轨道不再封闭,椭圆轨道的近日点会以一定的角速度进动。离太阳越近的行星轨道,进动角速度越大。1859年Leverrier 首先发现,水星轨道近日点的进动,在扣除以上因素外,还有每百年38s 的剩余进动无法在牛顿力学的框架内给出解释。Ne wcomb 进行了精度较高的观测后得出,这个剩余的进动为每百年43s 。1916年爱因斯坦在他早期发表的广义相对论的论文中就给出了行星近日点进动的广义相对论的计算值[1],这个值与Leverrier 和Newcomb 的观测值相符合。这是广义相对论第一个成功的例证。根据广义相对论,爱因斯坦和其他的物理学家先后提出了4个预言,即光线在引力场中的偏折,光谱线在引力场中的红移,引力辐射存在和黑洞存在。这4个预言中的前2个在随后不久便得到了2002No .3 云　南　天　文　台　台　刊Publications of Yunnan Observatory 2002年第3期 基金项目:国家自然科学基金(10175096)资助项目. 收稿日期:2001-12-27 作者简介:唐孟希,男,教授,研究方向:引力理论和引力实验.DOI :10.14005/j .cn ki .issn 1672-7673.2002.03.009