引力波与引力波探测实验
LIGO实验探测到的引力波信号分析
LIGO实验探测到的引力波信号分析引力波是爱因斯坦相对论预言的重要组成部分，但直到2015年才被直接探测到。
这一历史性时刻是由LIGO实验团队实现的，他们探测到了来自遥远黑洞碰撞的引力波。
这一次成功实验证明了引力波的存在并为相关科学领域的研究提供了新的方法。
那么LIGO实验的重要性何在？它究竟是如何检测到引力波的？这些信号又意味着什么？下面我们逐一解答这些问题。
LIGO实验的重要性事实上，引力波的探测对于物理学意义重大。
洛伦兹不变性原理是大地物理中的重要基础，而引力波探测是检验其是否成立的重要方法之一，而LIGO实验就是验证这一点的标志性时刻之一。
与其他物理实验方法相比，引力波探测有多个独特之处，其中最突出的之一是它可以提供空间和时间两个方面的信息。
通过探测被场引力波影响的质点运动轨迹，科学家可以从中获得了关于空间-时间结构的信息。
这些信息在很多领域都是有用的，如大地物理、空间探测和地球科学等。
引力波的探测方法LIGO实验的探测方法主要依靠激光干涉引力波探测器。
简单来说，LIGO实验在两个地点分别装置了两台多千米长的L形激光器，这些激光器可以检测到由于引力波波至所导致的空间拉伸和压缩。
引力波探测仪可以探测到非常微弱的信号，所以需要对其进行十分高精度的处理。
LIGO实验团队对信号进行非常严格的滤波和排除噪声处理，抽取出最具信号特征的部分。
在经过多次检验后，LIGO团队才公布了来自黑洞碰撞的引力波信号。
信号的意义黑洞和中子星的碰撞会产生强烈的引力波，这些波将会从碰撞点向全宇宙传播。
当引力波到达地球时，它将对地球产生微弱的影响，这种影响被称为引力波信号。
LIGO实验探测到的引力波信号是人类历史上第一次直接探测到这类信号。
可以说，这次实验的成功标志着人类开展引力波探测事业的黎明时期。
引力波的探测将会对广阔的物理学领域产生影响。
它可以被用于研究静态趋势、黑洞物理、宇宙背景辐射等诸多问题。
LIGO团队也将继续改进实验方法，以继续对引力波的探测进行深入的研究。
引力波及其探测
对爱因斯坦的广义相对论的一项重要验证。
引力子的探测 — 引力波自然源
1993年Nobel奖颁给两位美国科学家赫尔斯 和泰勒，就是奖励他们观察致密双脉冲星 PSR1913 +16 获得引力辐射的间接证据。
目前引力波的直接检测已成为现代物理学重 大课题中的当务之急。
引力波探测的原理很简单，无外乎时空波 动让物体位形发生改变。
困难：引力辐射的微弱 对于最激烈的天体活动，引力波对探测器
的影响也很难超过背景噪声。 引力波的两种偏振分量（+与×）对环形
质量分布的影响。
引力波的探测—韦伯的尝试
1958年，马里兰大 学的美国人韦伯第 一次开始探测引力 波，他用巨大的铝 筒和棒形天线进行 探测。
如果太阳突然消失，它周围的 时空会发生改变。依据爱因斯 坦的理论，在水星附近的时空 会比在冥王星附近的时空先发 生改变，所以水星会先飞出轨 道。
这些时空的改变以引力波的形 式传递
引力波的预言----爱因斯坦广义相对论
把引力波想象成投入池塘中的石头引起的水 波可能会帮助理解。当石头投入水面时，在 石头周围的水就立刻被扰动，并且扰动会从 那里传播到其他地方。
爱因斯坦以详细的理由说明离太阳越远的行 星会越迟知道太阳消失了，所以较近的行星 会先飞离轨道。
引力波的预言----爱因斯坦狭义相对论
日常经验让我们得到：物体之间的相对运动速度。
科学家们认为，因 为地球是在围绕太 阳运行，如果我们 沿不同方向测量光 的速度，将得到不 同的结果。
v1 80公里/秒
双星相互旋转一周每十年减少4秒 相当于每年相互靠近一厘米
到2004年又发现了由一对高速旋状的中子 星组成的双星系统---PSRJ0737-3039A/B 轨道周期更短引力辐射更强
探测引力波的方法
探测引力波的方法引力波是由质量和能量的运动所产生的时空弯曲，在爱因斯坦的广义相对论中首次被提出。
引力波的探测对于验证广义相对论、研究宇宙起源和演化等方面具有重要意义。
本文将介绍几种常见的探测引力波的方法。
1. 激光干涉引力波探测器激光干涉引力波探测器是目前最常用的引力波探测方法之一。
它基于激光干涉技术，通过测量引力波对空间的微小压缩和拉伸，来间接探测引力波的存在。
其中最著名的实验是激光干涉引力波天文台(LIGO)。
LIGO由两个相互垂直的光束组成，光束被分别引导到两条长达几公里的真空管道中。
当引力波通过时，会导致两条管道的长度发生微小的变化，从而改变光束的干涉条件。
通过测量光束的干涉图案变化，可以探测到引力波的存在。
2. 脉冲星时间差引力波探测方法脉冲星时间差引力波探测方法利用脉冲星的高度稳定的脉冲信号来探测引力波。
脉冲星是一种高度规则地发射射电脉冲的天体，它的脉冲信号可以被地球上的射电望远镜接收到。
当引力波通过地球时，会导致地球和射电望远镜之间的距离发生微小的变化，从而导致接收到的脉冲信号的到达时间发生变化。
通过测量脉冲信号到达时间的变化，可以间接探测到引力波的存在。
3. 天文观测引力波探测方法天文观测引力波探测方法是利用天文观测数据来探测引力波。
引力波会导致天体的位置和速度发生微小的变化，从而影响它们的运动轨迹和光的传播路径。
通过对天体位置和速度的观测，可以间接探测到引力波的存在。
天文观测引力波探测方法可以通过多种天体观测手段来实现，如测量星体的位置变化、测量星系团的动力学性质等。
这种方法对于探测引力波的低频段非常有效，但在高频段上的探测则相对困难。
激光干涉引力波探测器、脉冲星时间差引力波探测方法和天文观测引力波探测方法是目前常见的探测引力波的方法。
它们各自基于不同的原理和技术，通过测量引力波对物体的影响来间接探测引力波的存在。
这些方法的发展和应用为我们研究引力波提供了重要的手段，也为我们更深入地理解宇宙和宇宙起源提供了新的途径。
引力波本质及其探测原理和探测技术
引力波本质及其探测原理和探测技术引力波是由爱因斯坦在广义相对论中预言的一种波动，它类似于水波和光波，但是它是在时空中传播的扰动。
引力波传播的速度与光速相同，当物体在运动或者加速时，它就会产生引力波。
它可以在时空中以扭曲或者变形的形式传播，这种扭曲可以被当做引力波的信息载体。
引力波是从引力场的扰动中产生的，在理论上它可以被当做一个应力张量的波动，此类张量波动可以表示为引力场扭曲的变化。
当物体发生运动或加速时，它将扰动周围的引力场，从而产生了引力波。
尽管引力波的存在在理论上被预测了一百年之久，但是直到最近才被科学家们检测到。
探测引力波的原理可以大致分为两类，第一类是通过直接检测引力波的模式。
第二类是通过间接检测引力波对物体的影响。
直接探测引力波的方式采用了干涉仪的原理，这种方式不同于光学干涉仪，它可以测量时空引力场中两个质量之间的相对运动造成的时空收缩。
这种方法依然有一些技术上的问题，例如如何消除干涉仪中的噪音等问题。
与之相比，间接探测引力波的方式则更加容易理解和实现。
它会观测物体轨道运动的变化，并且通过对运动变化的分析，来推算出引力波的存在和特性。
探测引力波使用的技术包括光学干涉仪、激光干涉技术、声波天文学、脉冲星计时、重力测量、天文学光学系统以及黑洞探测器等。
这些技术不仅仅用于探测引力波，而且还可以应用到其他领域中，例如生物学、材料科学等。
总之，引力波是宇宙中极为重要的物理事件之一，可以帮助我们更加深入地了解宇宙，地球和普通物质之间的相互关系。
通过不断的研究和探索，我们可以更加深入地了解引力波的本质和探测技术，从而开拓新的领域，服务于人类的发展和进步。
引力波本质及其探测原理和探测技术
引力波本质及其探测原理和探测技术引力波是由质量均匀分布的物体在运动时释放出的一种扰动，它们以光速传递，产生的机制是爱因斯坦的广义相对论预言的。
这种扰动可以视为时空本身的震动，能够传递质量、角动量和能量，影响到引力波源以及路径上的物体。
要探测引力波，首先需要理解其探测原理。
引力波的存在导致物体之间的距离变化，而探测引力波的原理就是通过量测距离变化来检测引力波的存在。
具体来说，一个引力波探测器由两个足够远的探测器组成，探测器间距离会由于引力波的存在而发生变化。
当引力波穿过探测器时，探测器的距离将在两个维度上振荡，导致一个完整思路的长度变化。
在探测器内部，用悬挂的镜子来测量长度变化。
特别地，在这种方案中，探测器对越小的长度变化就越灵敏。
因此，现代引力波探测器的设计中，使用延长器来增加长度，从而提高探测灵敏度。
另外，引力波探测技术的关键是精确的噪声控制。
因为探测器的灵敏度非常高，几乎所有的物理干扰都会干扰到真实信号，导致测量误差和误判假信号。
所以，锁相放大器、光学与机械结构的特殊设计以及专业的数据分析处理等措施，都是减少干扰噪音的有力工具。
实际上，引力波探测技术还有许多进一步的创新。
例如，探索更高灵敏度可以进一步加速探测的革命，而这必然涉及到时间窗口的稳定性和探测器精度的提高。
此外，为了不断提高探测器灵敏度和减少噪音，研究者们还需要不断优化机械设计、光学器件设计和数据获取分析方法。
最后，彻底探索引力波的动态本质既需要建造更多更高质量的探测器，也需要与其他引力波探测器建立配合，比如建立成为全球网络的引力波探测器，以建立更好的数据共享和挖掘机制，以便更好地了解这种神秘波动的本质，并突破创新更多领域的基础物理研究。
引力波的探测与测量方法
引力波的探测与测量方法引力波是由爱因斯坦广义相对论所预测的一种物理现象。
它是由于质量体运动而引起的时空弯曲传播的波动，类似于在水面上扔入石子引起的波纹。
然而，引力波的探测与测量并不容易，因为它们的强度极弱，产生的效应微弱，需要高度精密的设备来进行观测。
为了探测引力波，科学家们采用了多种测量方法。
其中最著名的是利用干涉测量技术的激光干涉引力波探测器。
这种方法利用激光束将两个光路长度相等的光臂进行干涉，来探测引力波对空间的微小扰动。
当引力波经过时，它会扭曲空间，改变光波在光路上的传播时间，进而导致光程差的变化。
通过检测光程差的变化，可以间接测量引力波的存在和性质。
然而，激光干涉引力波探测器并非唯一的方法。
还有其他一些引力波探测器，例如球面谐波分析探测器和脉冲时刻法探测器。
球面谐波分析探测器是基于球面谐波分析的一种方法，它利用球体上的共振模式来测量引力波。
脉冲时刻法探测器则是利用时刻法来探测引力波，对时刻信号的变化进行检测和分析。
这些不同的探测方法在原理和技术上各有特点，可以互相补充，提高引力波的探测精度和可靠性。
在探测引力波的过程中，科学家们还面临着一系列的技术挑战。
首先，引力波的信号极弱，需要设计和制造高灵敏度的探测器。
其次，背景噪声也是一个重要问题，常常干扰实验结果的准确性。
因此，科学家们需要采取有效的降噪技术，如冷却设备和隔离系统，来减少背景噪声的影响。
此外，数据处理和分析也是一个复杂的任务，需要利用复杂的算法和模型来提取引力波信号并进行验证。
尽管面临一系列的挑战，科学家们还是取得了一些重要的突破。
2015年，LIGO（Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory）探测器成功探测到了首个引力波信号，这标志着引力波的直接探测和观测进入了一个新的时代。
LIGO探测器利用激光干涉技术，在美国两个不同的地点分别建有两个探测设备。
通过测量到的引力波信号，科学家们可以验证广义相对论的预测，并对宇宙的起源和演化等基本问题进行深入研究。
基础物理学的最新进展
基础物理学的最新进展近年来，基础物理学领域一直在保持着快速发展的势头，各种新的发现和理论不断涌现，为人类对宇宙本质的认识提供了更加深入的探索。
本文将重点介绍基础物理学领域最新的进展以及对人类认知的启示。
一、引力波探测实验2015年，震惊世界的引力波探测实验最终成功。
这个实验的结果验证了广义相对论的预言，证明了引力波的存在。
这一发现不仅填补了物理学理论上的一处重要缺漏，更为人类认知宇宙带来了新的启示。
引力波探测实验的成功，得益于人类对物理定律、技术手段的不懈追求和创新，也为人类未来对宇宙本质的探索提供了崭新的方式和认知工具。
二、量子计算机近年来，在量子力学理论研究和实验技术的支持下，量子计算机研究也取得了突破性进展。
量子计算机将量子态的叠加和纠缠技术应用于计算机硬件中，能够实现在极短时间内完成世界上目前难以完成的问题。
量子计算机的问世，不仅将在计算领域带来质的飞跃，还将对人类认知理论物理的深入发掘起到重大的推动作用。
三、暗物质研究另一个物理学研究的热点是暗物质问题。
暗物质是一种假想粒子，它不与常规物质相互作用，因此无法直接探测。
虽然我们无法直接探测到暗物质，但通过对宇宙微波背景辐射等大数据的统计分析和理论模拟，科学家们逐步确认了暗物质存在的事实。
暗物质的研究对于人类认知宇宙组成和演化具有举足轻重的地位。
深入探索暗物质的本质和能量特征，对于揭示宇宙物质组成、演化和宇宙结构的形成将起到重大的推动作用。
四、底物理学研究底物理学是物理学的一个重要分支，涉及到我们所熟知的基本粒子、宇宙微观结构和宇宙大爆炸等方面内容。
底物理学对于人类认知物理学本质的贡献是不可估量的。
目前，底物理学研究领域依然热火朝天。
2019年，欧洲核子研究中心（CERN）发现了一种神秘粒子X17，从其物理性质的分析和检测结果来看，X17粒子有可能是存在于宇宙中的暗物质粒子。
总之，近年来，基础物理学领域一直在日新月异地发展，其发展成果不仅带给人类科学技术上的飞跃，也同样为人类认知宇宙的本质和本质规律带来了前所未有的深度和广度。
物理实验技术在天体物理学中的应用案例
物理实验技术在天体物理学中的应用案例天体物理学是研究宇宙中天体的形成、演化和性质的科学，涉及到宇宙中各种复杂的现象和过程。
为了解决这些难题，天体物理学家们需要借助先进的实验技术进行观测与研究。
本文将探讨物理实验技术在天体物理学中的应用案例。
一、巡天观测和空间望远镜天文观测是天体物理学的基础，在过去几十年中，巡天观测与空间望远镜的发展给天体物理学带来了巨大的提升。
例如，欧洲空间局的星座卫星计划（Gaia）就是一项巡天观测项目，致力于测量数十亿颗恒星的位置、距离和运动。
这项实验利用微弱的光信号进行高精度观测，为研究恒星和银河系的结构提供了宝贵的数据。
与此类似，哈勃空间望远镜是天文学史上最伟大的科学项目之一。
通过利用宇宙射线的普朗克公式，哈勃空间望远镜能够探测到光谱中的微小红移，从而获得宇宙背景辐射的信息。
这项实验的成果包括了关于宇宙加速膨胀、黑洞质量和星系形成的重要发现。
二、宇宙微波背景辐射实验宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸后留下的热辐射，对宇宙演化和结构形成有重要意义。
为了更好地研究宇宙微波背景辐射，科学家们进行了许多与实验相关的研究。
例如，国际宇航联合会的Planck实验是目前观测宇宙微波背景辐射的最重要实验之一。
Planck探测器携带了高灵敏度的微波探测器，可以测量宇宙微波背景辐射的温度和极化状态。
该实验的结果不仅验证了宇宙大爆炸理论的预测，还为研究宇宙大尺度结构的形成提供了重要线索。
另一个重要的实验是BICEP实验，其主要目标是探测宇宙微波背景辐射中的旋转天然极化。
通过利用高灵敏度的微波探测器，BICEP实验成功地检测到了宇宙微波背景辐射中的B模极化信号，这对于研究宇宙诞生后的弦理论和早期宇宙的演化有重要的意义。
三、引力波探测实验引力波是爱因斯坦广义相对论的预测，直到2015年才首次被LIGO实验成功探测到。
LIGO实验借助于激光干涉仪技术，利用光线的几何干涉测量微小的空间扭曲。
引力波的探测使得人类可以观测到宇宙中前所未有的现象，如黑洞、中子星的合并等。
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＝ ＋ ， 叼 此处
叼 为 Ｍｎ ｏ ｓｉ ｉ ｗ ｋ 空间的平直 的背景度规 ， 代 表此空 ｋ
知
（ ２ ）
１ １ 广义相对论与引力波 ． １ １ 年爱因斯坦发表 了广义相对论 ， ９６ 并在该理论 的基础上预言了引力波的存在 。引力辐射问题一直是 广义相对论的中心问题之一 ， 引力辐射 的理论在广义 相对论和物理学的微观前沿之间搭起 了一座重要的桥 梁 。到 目 前为止 ， 广义相对论 的一些重大预言都相继 被实验证实 ， 例如水星近 日点的进动、 光线在引力场中 的弯曲、 光谱线在引力场中的红移 ， 以及 由此而延伸的 关于雷达回波的延迟等 。这些成果又进一步推进了广 义相对论在天文观测、 相对论天体物理、 宇宙学甚至高 能物理 、 粒子物理和广义相对论 的交叉领域等方面 的 应用。此外 ， 广义相对论还预言 了黑洞的存在 ， 目前对
ｈ ｈ ７ Ｒ ｛ｘ 一 ‘ ＝ ＝ｌ ｅＡ ｅ ”＝
收稿 日期 ：０ １— １—１ ２１ ０ ９
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（） ８
为时空 的度规 张量 ， 是 物质 的动量 能量张
量 ， Ｋ ， 为相对论引力 常数 ， 是 四维 时空 中的 Ｒ＝ Ｔ ， ｃ
・
１ ・ ０
上 式 的 Ａ＋ Ａ 和 为 每 一 偏 振 态 的 幅度 ， 为 引 力 波 的 ｃ
图４
激 光 干 涉 引 力 波 探 测 器 原 理 图
＝ ＝Ｆ＋ ＋＋Ｆｘ ｈ ｈ
（） ９
此处系数 Ｆ 和 Ｆ 依赖手引力波源的方向和干涉 ＋ 仪的方位 ， 因子为作用于探测器上的引力波的应变。 ｈ 了 ｌ 万倍 ， 以灵敏度也提高了许多倍 ， ｏ ｅ 所 主要用来测 因为基于激光干涉式的引力波探测器是通过测量 量低频引力波 ， 也可 以测量太 阳的振荡； 其缺点是太 干涉臂的光程差或相位变化来进行 的， 又光程差正 比 昂贵 。
Ｏ
一 一
．
为 ， ｂｒ Ｗｅｅ 得到的信号并非来 自宇宙的引力波， 而仅是 噪声而 已。需要强调 的是 ， ｂｒ Ｗｅｅ 的工作却成 了世界 各地开展引力波探测工作 的先导 。
Ｏ
共振质量探测器的缺陷：１ 这种天线的品质 因数 （） 为 ４Ｏ １０ ， Ｏ 一 ００所以共振频带很窄， 而非共振频段的引力 波反应弱， 等待式的探测需要 昂贵的实验维持费用 ；２ （） 共振天线吸收效率受到限制， 在共振天线 中声波与引力 波共振 ， 共振棒长为声波的半波长 ， 又因光速（ 引力波速 度） 远大于声速 ， 共振质量天线的吸收截面因此被大大 降低 ；３ Ｗｅｅ 的检测器工作在室温下， 自热运动的 （ ） ｂｒ 来 噪声会干扰实验结果 。目前 全世界大多采用高 Ｑ值 低 内耗铝合金在超低温 （０ ２ ） １ ＩＫ 下工作 ， 工作 的引力 波频段为 一 ００ ｚ ， １０ Ｈ 段 灵敏度为 ｈ一 × ０ 。 ２ １ ２ ２ 激光干涉引力波探测器 ． 因为共振质量天线的缺陷 ， ７ ０年代中期开始试制 激光干涉引力波天线 。激光干涉引力波探测器的原理 与 Ｍ ｃｅ ｏ 干涉仪相似 ， ｉ ｌｎ ｈｓ 但实际实验 中采用 了两个相 互垂直的 Ｆｂ — ｅ ｔ ａｒ Ｐｒ 激光腔 。激光干涉引力波探测 ｙ ｏ
的研究可能 比其它预言产生更 为巨大而深远 的影响， 甚至大大促进人类文明的进程。而 目 除了 Ｐ Ｒ ９ ３ 前 Ｓ １１ ＋６ ｌ 双星引力辐射 阻尼 的观测提供 了引力波存在 的 间接证据外 （ 该成果 获得 １９ ９ ３年诺 贝尔物理学奖 ） ， 至今还没有直接探测到引力波 。
摘 要： 简单介 绍 了引力波理论 ， 分析 了各 种引力波探 测器的基本原理 ， 同时对不 同的 引力波探测 器的特 点和缺 陷进行
了总结分析。
关 键 词 ： 义 相 对 论 ；引 力 波 ； 力波 探 测 器 广 引
中图分类号 ：４ Ｏ１
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６４３４ ２ １ ）２ ３１ －３ １７ －４ Ｘ｛ ０ １ ０ ４０ ００
传播速度（ 光速） 。 引力波场力线如图 １ 所示 ， １ ａ 表示“ 偏振 图 （） ＋” 态的场力线 ， １ ｂ 中场力线相对于 “＋ 偏 振态旋 图 （） ” 转了 ４ 。它表示 “ ” ５， × 偏振态的场力线 。
Ｚ
此振动信号并被后续放大器所放 大， ｂｒ Ｗｅｅ 的天线是 在 室温 下 、 真空 中工 作 的 。
．
Ｏ
Ｉ
，
，
压电陶 瓷换能器
图 ３ 共 振 质 量 引 力
在引力波场中的物体将 受引力波的作用而产生 运动 ， 每一种引力波场穿过物体 时将施加潮汐力于此 物体 。这些随时间变化 的潮汐力能使一个弹性物体变 形或能改变 自由空间的质点间的距离。引力波产生一 个 由检验质量的位移矢量 所决定的有效 力场 ， 这种力 场指导设计的引力波探测器 以不同的方式与引力波相 耦合 ， 引力波探测器将可能探测到线性的应变、 正交的 应变或切向的应变。如图 ２所示 由八个粒子组成的一 个 圆环 ， 假设粒子环所处的平面与引力波传播方向垂 直， 粒子环将被潮汐力扭 曲 ５。 ． ］
黑洞的验证工作进展缓慢。而引力波至今没有直接探 测到 ， 除了对脉冲双星 Ｐ Ｒ ９３＋ ６辐射阻尼提供了 Ｓ １１ １ 引力波存在 的一个间接证据外 ， 引力波 的直接检验可 以说 还没有 获得 真正 的突 破 。 １２ 引力 波理论 ． 爱因斯坦引力场方程 ］
一 ＝ 一 Ｋ
普 遍 情况 下 引力 场 方程 的弱场 线 性近 似式 为 口 ＋ Ａ ＋ ） ２（ ＝一 Ｋ ， ２ 在静态弱近似下令 Ａ ＝ ， （） ０ 则 ２ 式简化为 口 ＝一 ， ２ ｃ （） ３
等式（ ） ３ 的解为
幽， （） ４
对平面引力波 ， 真空解为口 ＝ ， ０ 即有 （ 一 ＝ ｏ （） ５
量间的相对运动即可给出引力波的信息 ， 实验原理如
图 ４所示 。
若 以某一极 化方 向平行于干涉臂 的引力波垂直 入射到干涉仪所在的平 面时 ， 干涉臂的其 中一个将被 拉长 ， 另一个将被压缩 ， 所以两干涉臂的光程的相对变
化即光程差为 △Ｌ＝ ２ 厶 ， Ｌ 一 对应的相位变化为△ ＝
考虑沿 ｚ 轴方向传播 的引力波 ， 方程（ ） ５ 有波动形 式的解 ， 沿 轴方 向传播 的引力波时空度规扰动不为 零的振幅分量仅为
（ ：９ ａ ， ）
ｃ ６
它是 对称且 无 迹 的 ， 足 ｈ 满 ＝ 一ｈ ｈ ＝ｈ 即引 力 ， ，
波为横波 ， 有两种偏振态。 考虑等式 （ ） ５ 的一个正弦平面波解表示为 Ｊ ｈ ＝ ＝一 ＝ ｅＡ ｅ 蛔‘ ’ ＋ ｈ ｈ Ｒ ｛ ＋ 一 ‘ ｝ 。 。 （） ７
１６ 年 Ｗｅｅ 公 布 了他们 研究 小组 的实验数 ９９ ｂｒ 据， 并宣称探测到了振幅达 ｈ一 ０ 的在 Ｋ ｚ １ Ｈ 频带的 引力波 。但 Ｗｅｅ 的结果始终未能被重复验证 ， ｂｒ 后来 其它一些精度远高于 Ｗｅｅ 棒 的实验小组均未发现 ｂｒ Ｗｅｅ 宣称的引力波信号 ， ｂｒ 而且还 由于找不到合适 的 理论模型来 解释 Ｗｅｅ 的结 果 ， ｂｒ 因而科 学家一 般认
作者简介 ： 国强（９９ ， ， 北孝 感人 ， ， 士 ， 究方向为 引力 实 与精 密测量 。 冯 １７ 一）男 湖 讲师 硕 研 验
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 ， 引力波 的研究与探测将 打 开一个全新的天文学和物 理学窗 口， 它将使人类有可 能直接确定黑洞的存在 ， 使人类首次了解超新星爆炸 过程中内核的变化 ， 可以研究早期宇宙。总之引力波
共振质量探测器最早是美 国马里兰大学 的 Ｗｅｅ ｂｒ
器主要由两组反射镜 （ 干涉臂 ） 分束镜、 、 激光器与光 电二极管 （ 接收装置 ） 等组成 的， 这里 的反射镜一般称
为检验质量 ， 实验 中两组反射镜都要被悬挂起来。当 引力波经过探测 器时 ， 将引起两垂 直干涉臂 （ 即检验 质量间） 产生不 同的距离变化 ， 从而改变两束干涉光 的光程差 ， 可通过干涉条纹移动反映出来 ， 因而检验质
２１ ０ １年 ２月
湖北第二师范学院学报
Ｊｕ ｎｌｏ ］ ｉｅｓｔ ｆＥ ｕ ａｉｎ ｏ ｒ ａ ｆＨｕ￣ｉ Ｕｎｖｒｉ ｏ ｄ ｃ ｔ ｙ ｏ
Ｆ ｂ２ １ ｅ ． ０１ Ｖ０ ． ８ Ｎｏ ２ １２ ．
第２ ８卷第 ２期
引力波与引力波探 测实验
冯 国 强
（ 北第二 师 范 学院 物 理与 电子信 息 学院 ， 汉 ４００ ） 湖 武 ３ ２５
对光程差是正比于两种偏振化的引力波 的线性组合 ， 可表 示 如下
・
１ ・ １
２３ 激光 干涉 空 间引力 波天 线 ． 考 虑到地 面探 测 器 中遇 到 的地 面 振动 噪 声 、 电磁
亡 ］ 检验质罱
激 光
— —— — １
ｒ ’ Ｕ
一 ．
分 镜
检 验 质
栏 质 节
干扰以及地球本身引力场和引力梯度的影响。并希望 能够探测宇宙中可能存在的大量 的低频引力波（ 其频 率成份在 １ ｚ Ｈ 以下 ）美 国航天局 （ Ａ Ａ 和欧洲空间 ， Ｎ Ｓ） 局 （Ｓ ） Ｅ Ａ 计划在 ２ １ 年发射三颗携带激光 的卫星 ， ０１ 这 些 卫 星将 构 成一个 边 长 为 ５０万 公里 （ 当于地 月 距 ０ 相 离 １ 以上 ） ０倍 的等 边三 角形 ， 测频 带 主要 １ －Ｈ 探 ０ ４ ｚ一 １ｚ Ｈ 范围的低频引力波。这些卫星组成一个等边三角 形， 其边长为 ５０万公里 ， ０ 每条边两端各有一个人造行 星， 每边用 Ｙ Ｇ 钇铁石榴石） Ａ（ 激光联系。这样就形成 了一个空间干涉的天线 阵列 ， 因此其灵敏度也将提高 许多倍 。 激光干涉空间引力波天线的特点是由于臂长增加