引力波是如何探测的?
现代物理学已经预见到有“引力波”的存在,而且在天文观测上已间接得到证实,然而欲直接测到它,确实不是轻而易举的。
早在1916年,爱因斯坦就提出了旋转棒方案,若使用这一方案,即用一条长20米、重500吨的钢棒,以极限速度绕律中心旋转,所辐射出来的引力波还远未达到一亿亿分之一瓦,其辐射功率就目前技术水平还不可能探测到。此外,还有一些科学家提出了很多其它设计并进行了试验,但都达不到要求。当然,随着研究的进展,我们相信总有一天能达到这一突破。
为了测出引力波并弄清它的性质,从而控制它、利用它,物理学家们一方面研究新的探测方法和提高探测仪器的灵敏度,同时
因此,当孕妇发觉已超过预产期时,应到医院检查,加强围产期的医疗监护,通过对胎儿成熟度的预测,决定应该采用的措施,以保证母婴的安全。在寻找能辐射大功率引力波的对象。因此,他们自然地想到了天体。在无穷无尽的宇宙中有极多大质量的天体,已知有如下天体及物理过程可辐射大能量的引力波:双星系统,中子星的自转,星系的非球对称爆炸,黑洞的形成和碰撞,物质落入黑洞,超新星爆发,星际物质库仑散射,引力背景辐射等等。如狮子座UV双星,它所辐射的引力波能量就达600万亿亿瓦之巨,但该星距离地球有220光年,因而到达地球的能量,每平方厘米就只有一千亿分之一瓦了。虽然很弱,但经过努力还是可以测到。最近对双星引力辐射阻尼的观测,已间接证实了引力波的存在,所以对双星引力波辐射的直接测量将有可能实现。
引力波探测方法很多,目前国内外常用的方法是,用一根损耗较少的物体(一般是合金铭,最近有些国家用蓝宝石单晶,硅单晶,铌等)作天线,当引力波到达时,引力波与天线相互作用使天线发生振动,然后把天线的振动测出来就成了。然而一条重1.5吨、150厘米、直径约66厘米的铝律,最强的天体源的引力波,也只能引起它一万亿亿分之一厘米振幅的振动。要把这样的振动测出来,可想而知是一件极为困难的事。因此,对引力波进行探测,就需要一系列特殊精密的实验技术和装置。
如:(l)要有一个大的真实设备,以进行声学隔离;(2)要有一套高度减振、减冲击的装置;(3)要精密恒温;(4)要对电磁幅射、宇宙线、地震、重力加速度。固体潮、地倾、地磁、供电线路等进行严格的综合监视记录,以排除干扰;(5)尽管采取了严格的措施,仍然不能绝对避免某些干扰信号漏进来,为此就要进行符合测量(即通过相隔很远的两个同样探测器之间的信号进行符合测量);(6)要有高质量的能量转换装置,以便更有效地把天线振动变成电讯号;(7)要将天线降温到-273℃左右,即接近绝对零度;(8)采取适当的方法是挂天线,以减少无线的损耗(目前国外多用低温超导悬浮的方法);(9)由于讯号比噪声小很多,故要有一套特殊的讯噪分离技术。
由此可见,引力波的研究是一项相当规模、复杂而精密的工作。目前,国外有些实验室的探测仪器,已能测出十亿亿分之一厘米振幅的振动,可见再经过一段时间的努力,将有可能把引力波直接测出来。届时将是一项惊人的突破。