小学生科学ppt-引力波
LIGO引力波测量原理优质PPT课件
LIGO尖端技术
激光器
LIGO用于测量的激光器是史 上在该波段最稳定的激光器 (δP/P<10^-7) 。共采用4级 装置最后获得稳定的功率为 200W，波长为1064nm的激 光。
? Step1:由半导体激光器产
生波长为808nm，功率 约为4W的近红外激光。
Step4:激光经高能振荡 器放大并整形，最后输 出波长为1064nm，功 率为200W的激光。
激光干涉引力波天文台 (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)
1991年，麻省理工学院与加州理工学院 在美国国家科学基金会（NSF）的资助 下，开始联合建设LIGO。
1999年11月建成，耗资3.65亿美元。 2005年-2007年，LIGO进行升级改造，
事件类型
双星系统
黑洞形成前
高速旋转的中子星（脉冲星）、 致密天体被黑洞俘获
黑洞合并、大质量恒星遗骸合并
超新星爆发(迄今为止人类观察到 的最强引力波爆发)
到达地球的引力波无量纲振幅h 10^-34 10^-31
10^-27~10^-26
10^-21~10^-20 10^-16~10^-17
引力波频率极低；
该双星的两子星的最大距离只有 10^9m的量级(约一个太阳半径),其 中一个子星为脉冲星，这一条件
刚好能符合之前的条件。
引力波探测难点
引力波的振幅极小
• 引力波与物质作用时引起的尺度变化极小。以LIGO激光 干涉法为例，LIGO的光路长度为1120km，此次探测到 的引力波无量纲振幅h≈10^-21，依据公式ΔL=Lh，引力 波在经过LIGO探测器时引起的尺度变化约为10^-18m数 量级，这一尺寸只有质子直径(10^-15m)的千分之一。
引力波的PPT
1915年
爱因斯坦发表场方程，建立了广 义相对论，预言了引力波的存在。
1916年
史瓦西计算了不旋转、无电荷黑洞的物 理性质，解释了爱因斯坦场方程的解，推 动了引力波的研究。
1974年
脉冲双星PSR1913+16的发现证实了致密双星系 统的引力辐射与广义相对论的预言一致。
1963年
罗伊·克尔给出了旋转黑洞的解， 为引力波的发现打下了基础。
引力波的用途
引力波的发现类似当年的发现X光一样，是一 种工具。有了这个工具，可以利用引力波的观 察，去观察遥远的宇宙的现象。发现暗物质、 时空穿梭等等才是有可能实现的事情。
引力波不同在于，引力波的周期要长得多，同 时也微弱的多，能观察到引力波，至少要具备 一定的技术水准，观察到引力波说明在这个领 域人类的技术进步到了前所未有的水平。
LIGO的测量设备是一个巨大的“L”形 用激光到两点的时间变化测量引力波
但有引力波扫过时 通过测量从不同点返回的激光产生的干涉条纹
科学家们可以十分精确的测量出距离的变化
视频具体了解引力波
引力波的发现有什么意义
引力波证实了暴涨理论
爱因斯坦提出的广义相对论中的其他语言 都已经获得证实
而引力波正是最后一块被证实的拼图 犹如一栋崭新的物理学体系“上梁”
引力波会引起时空上的扭曲 就可以用“尺子”来测量
×
普通的尺子肯定是不行的，因为尺子ห้องสมุดไป่ตู้刻度 会随着时空一起拉伸压缩
√
科学家用光作为他们特殊的尺子。如果两点 之间距离变化，那么光往返两点的时间也会 发生变化。
2016年的引力波是怎么测量的
不锈钢 管道直 径1.2米
激光束臂内 来回约50次
内部真空度为 10^-12大气压
引力波
（图1注：双黑洞系统想象图。
（来源于LIGO网站））天外飘来引力波对于“波”，我们并不陌生，生活中时常会听到无线电波、电磁波、声波、光波等等，引力波也是波的一种。
既然称之为引力波，它必然与引力有关。
所以，在更深一步了解引力波之前，我们需要了解一下人类对于引力的认识过程。
17世纪末的物理学家牛顿看到了下落的苹果，意识物体之间普遍存在的一种力，称之为“引力”，并且将其数学化，这就是我们熟知的万有引力。
万有引力认识的精髓是物体质量的存在导致了引力，这在牛顿之后的两百多年里被认为是宇宙间的绝对真理。
直到1905年狭义相对论发表，再到1915年广义相对论的发表，爱因斯坦提出了一种完全不同的对于引力的看法，引力是因为质量对于时空造成了变形所导致，而非质量之间的吸引。
这就意味着，我们时空可被当做一种可以变形的介质来认识。
所以引力波，简单来说，就是时空自身的波动。
相比较我们熟知的无线电波（或者电磁波），它仅仅是在时空之中传播的，时空是它的媒介。
人们常说“星辰大海”，如果将时空视作海洋，那么天体就如同海洋生物一般。
可以想象，如果大海中的某个生物摇了摇尾巴、或是晃了晃头，海水由此所产生的波动就会向外传播。
与此类似，宇宙中某个天体的剧烈活动，会对所在的时空产生扰动，时空自身的波动也会向远处传播，如果足够强，就能够为地球上的我们所感知。
在引力的世界中，我们的宇宙通常是平静的。
可是在北京时间2015年9月14日17点50分45秒，地球上的LIGO探测器却探测到了来自于宇宙深处距离地球13亿光年之外的一场引力风暴，来自于一个双黑洞系统的合并，以它的探测日期命名为GW150914。
（图2注：LIGO的两个观测站探测到了同一个引力波事件。
上面为观测得到的曲线，下面是和理论相比较之后的拟合结果。
（来源于LIGO所发文章））两个黑洞的“火并”此次发布会的另外一个亮点就是双黑洞。
这也是人们首次直接发现双黑洞，这两个黑洞的质量分别为26和39太阳质量，属于恒星级黑洞。
引力波PPT课件_1
刘慈欣的小说《朝闻道》中，掌握宇宙终极 理论的外星文明“排险者”造访了地球。在 那个世界里，寻找终极理论所必须的能量， 将导致我们所在的宇宙毁灭；而为了多重宇 宙的安全，他们又不能直接把终极理论的细 节告诉人类。但是一位地球物理学家提出， 可以绕过这个所谓的知识密封准则：
你把宇宙的终极奥秘告诉我，然后毁灭我。 事就这样成了。他们用自己的生命，换取了 短暂而永恒的领悟。
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如果终极理论必将导致毁灭，那么排险者 是如何得到它的呢？在小说中，答案就是 引力波。上一个宇宙寻找终极理论的努力 引发了真空衰变，但是在最后关头，他们 将获取到的知识编码在引力波之中，发射 了出去。排险者是我们宇宙中的第一个文 明，也是唯一一个在引力波衰减到不可读 之前破译了它的文明。
而现实中，站在排险者位置上的，也许其 实是我们人类。
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正常情况下，LIGO发出的激光相互抵消， 探测器将接收不到光信号；但如果引力波 经过，情况就有所区别了：
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无论时空如何变化，光速是不变的。如果 激光跑过的路程被引力波拉长或者压短， 激光通过该边的时长就会发生变化，从而 影响探测器的结果。理论上，测量到了这 些变化，科学家们就相当于测量到了引力 波。
太阳和地球的关系也是一样道理，只不过 太阳的比地球质量大得多，造成的时空扭 曲也更大，所以看上去，地球在绕着太阳 旋转——按照广义相对论的思路，“引力” 只是时空扭曲必然带来的现象。
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那么，当有质量的杰克和有质量的露丝加 速跳起转圈舞的时候，他们周围的时空会 发生什么？
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以上文字图片均来源于果壳网微信公众号 的一篇文章——
科学家直接探测到引力波了：今晚的“大 新闻”到底说了个啥
什么是引力波
1.引力波的定义和概述引力波是由爱因斯坦广义相对论预言的一种天体物理现象。
它是一种传播在时空中的扰动，由质量和能量的加速运动产生。
引力波可以看作是时空结构的震荡，类似于水波在水面上的传播。
根据广义相对论的理论，质量和能量会使时空弯曲，就像将一张弹性的橡皮膜放在平面上，当在其上放置质量或能量时，橡皮膜会产生弯曲。
当质量或能量发生变化时，这种弯曲也会随之改变。
引力波就是这种时空弯曲的扰动，它以波动的形式向外传播。
引力波的产生通常源于质量和能量巨大的天体事件，例如两个黑洞合并、中子星碰撞等。
这些事件引发的巨大能量释放会在时空中产生引力波，这些波会以光速传播，穿过宇宙的各个角落。
引力波的探测对于我们理解宇宙的演化和结构非常重要。
通过探测引力波，我们可以间接观察到宇宙中黑洞、中子星等强引力场的存在，进而验证广义相对论的预言。
引力波的探测也为研究宇宙的起源、星系演化等提供了新的手段和窗口。
近年来，科学家们通过建造高精度的引力波探测设施，如LIGO、VIRGO等，成功地捕捉到了多个引力波事件的信号。
这些发现引发了引力波物理学的革命，并为将来更深入的研究提供了巨大的潜力。
引力波的研究和探测领域仍然处于快速发展阶段，未来的研究将进一步揭示宇宙的奥秘，并可能带来更多关于引力波的新发现和应用。
2.引力波的发现历史和重要性引力波的存在是由爱因斯坦在1916年基于他的广义相对论理论预言的。
然而，直到近一个世纪后的2015年，科学家们才首次成功地直接探测到引力波信号，这是一次里程碑式的事件，标志着引力波物理学的突破。
发现引力波的重要性无法低估。
首先，引力波的直接观测为广义相对论的验证提供了强有力的证据。
爱因斯坦在他的理论中预言了引力波的存在和性质，而通过成功探测到引力波信号，我们能够验证这一理论在极端条件下的准确性。
其次，引力波的探测为我们提供了一种全新的观测宇宙的方式。
传统的天文观测方法主要依赖于电磁辐射，如可见光、射电波等。
引力波
在牛顿去世152年后，也就 是1879年，伟大的犹太裔(yi)物 理学家阿尔伯特·爱因斯坦出 生，爱因斯坦给人类最大的贡 献就是著名的狭义相对论和广 义相对论，按照这个理论，爱 因斯坦在1916年预言存在引力 波。
基础知识（1）-物理学
物理学（physical）是一门基础的自然科学，正统的 定义是：研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然 科学。这是全世界的科学家在经过大量的研究后总结出来 的一个概念。可能我们现在不太明白，但是我们现在生活 的种种便利都源自于物理学的研究。
引力波介绍
二年一六年三月
引
言
2016年2月12日，美国科学家宣布，人类首 次直接探测到了引力波。这一发现印证了物理学 大师爱因斯坦100年前的预言。
牛顿生于1643年，死于1727， 英国著名的物理学家，发现 了万有引力定律和三大运动 定律。著名的万有引力定律 很好地解释了为什么地球绕 着太阳转，月亮绕着地球转。
基础知识（2）-时空
时空概念简单理解就是时间刻度加空间位置，空间 位置可以用三个参数描述，加上时间这个参数，时空是用 四个参数描述，因此也把时空叫四维空间。
引力波
LIGO激光干涉引力波天文台
LIGO测量数据
引力波的实践意义
Hale Waihona Puke 谢谢大家！
引力波报告-物理课件PPT
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7
引力波 的探测
1973年PSR1913+16
转动周期累积移动观测 1. 引力波信号的强度很低。哪怕是很强的天体物理引力波源
值与广义相对论预言值 所释放的引力波强度，到达地球时也只有1e-21。在LIGO的
的比较。图中蓝色曲线 长4000米的探测臂上所引起的尺度变化仅约1e-18米，相当
为广义相对论的预测值， 红点为观测值。两者误
引力波的探测
Gravitational Wave Detection
王艳海
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• Induce an extremely small spatial strain, h ≈ 10-21 → large scale detector.
• Best indirect evidence of GWs from observation of binary pulsar PSR 1913+16.
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引力波 课件
这是牛顿的看法….
光速
狭义相对论 光速是绝对的，时间、空间都是相对的….
没有引力波时…..
引力波
引力波传来时
引力波
声波
引力波扭曲的是时空， 时空泛起的涟漪…
只要非少在，科学充满爱
如何检测？
LIGO 激光干涉仪引力波天文台
11亿年前
黑洞撞击
引力波 引力波穿越？
穿越
2016年6月15日人类观测到来自 11亿年以前的两个黑洞撞击的引 力波….
最喜欢得什么奖？
这款….
这款….
这款….
诺贝尔
诺贝尔包括哪些奖项？
章节内容
物理
化学
生理
文学
经济
和平
为什么没有数学奖？
说法1：情敌说
劈腿说
说法2：不重视数学 说法3：当时有很牛的数学奖
怎么才能获奖？
诺贝尔 因素1：够牛，但不能牛到没朋友
因素2：够长寿
劳斯：1911年发现病毒导致癌症， 55年后才被颁发诺贝尔奖。
引力波
引力的作用是瞬间的.. 超光速的东西不存在….
引力波 根本不存在什么引力
广义相对论 时空不是啥也没有，它也可以拧巴
广义相对论
胖子坐在沙发上压出来一个大 坑….瘦子会不由自主溜过 来…
广义相对论
胖子扭曲了时空，瘦子自己站 不住，溜过来了….
黑洞 扭曲得太严重就变成奇点了
引力波 再说说波…
只要非少在，科学充满爱
波
波 波是一种抖动….例如下图的人浪
波 水波就是水的抖动….
声波 声波(空气中的）就是空气的抖动…
声波
引力波扭曲的是时空， 时空泛起的涟漪…
引力波 说说引力波的影响…
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撞出了什么
你 说 撞 出 了 什 么？ —— 那 必须是大名鼎鼎的引力波啦。
后来他们越绕越近，直至最后 撞在了一起。
而且这次是迄今为止，科学家 们观测到的信号强度最大的一 次，持续时间超过一分钟了呢。
有人百年前预言了引力波，谁？ ！
早在百年以前（大约1915年吧），科学家爱因
斯坦就在其广义相对论论文中对引力和引力波进行了 论证。他提出，引力的本质是时空几何在物质影响下 的弯曲；引力的作用以波动的形式传播，即引力波。 通俗的讲，引力波就像往一个池塘中投下一枚石 子所引起的涟漪，只不过，引力波是“时空的涟漪”。
搞大事-引力波被发现
播报人：高珂璠 播报时间：2017年10月
[发现啥了]
引力波
北京时间10月16日晚上10点，中国中科院紫金山天文台、美国国 家科学基金会、欧洲南方天文台等数十家天文机构同步召开新闻发布会， 宣布第一次探测（看）ຫໍສະໝຸດ 了来自双中子星并合的一次引力波事件。
到底咋回事儿？
发生了什么
1.3亿光年以外，长蛇星座 星系的两颗中子星互相绕转。
感谢耐心地听完
播报人：高珂璠 播报时间：2017年10月
小说《三体》三部曲
作者刘慈欣说:“引力波用于科幻，主要是由 于它传播时的低衰减特性，可以穿透巨量的物质 传输很远的距离，甚至可以传到宇宙尽头，被认 为有可能实现未来宇宙通讯。
引力波与中国的关系
想到了
1998年，中国科学家预言了双中子星并合会形成巨
新星，释放引力波。 引力波事件发生时全球仅有4台X射线和伽马射线望远镜成
说点听得懂的… 电影《星际穿越》
2014年美国科幻电影《星际穿越》中对黑洞 构成和引力波有很多假设。绚丽的景象和深奥的 时间维度理论在当年掀起了一股不小的黑洞热。
说点听得懂的… 电影《星际穿越》
2014年美国科幻电影《星际穿越》中对黑洞 构成和引力波有很多假设。绚丽的景象和深奥的 时间维度理论在当年掀起了一股不小的黑洞热。
看到了
功监测到爆发天区，中国的慧眼HXMT望远镜（以下简称 “慧眼”望远镜）便是其中之一。 中国南极巡天望远镜AST3和中科院南京紫金山
记录了
天文台均观测到了对应光学信号，并获得了大
量重要数据。
最后说一点
基于引力波是目前已知能 够传播最远距离的信号，我们 观测到的引力波说不定是外星 人给我发来的问候哦。