2月27日下午咱士,由未來論壇立由、清華大學(xué)“新世界·新視野”公眾論壇、清華大學(xué)時(shí)代論壇聯(lián)合主辦的“解密引力波——時(shí)空震顫的漣漪”講座在清華大學(xué)大禮堂舉行序厉。限于場(chǎng)地锐膜,諸多熱心聽眾無緣到場(chǎng)參加講座。在此弛房,我們特為大家奉上加州理工學(xué)院物理學(xué)教授道盏、美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士、LIGO科學(xué)合作組織核心成員及引力波論文作者之一陳雁北教授和清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員文捶、清華大學(xué)天體物理中心兼職研究員荷逞、LIGO科學(xué)合作組織核心成員及引力波論文作者之一曹軍威教授演講全文(略有刪減),以饗讀者粹排。
至于很多讀者關(guān)心的本期講座視頻种远,正在由工作人員進(jìn)行后期剪輯,完成后會(huì)第一時(shí)間放出顽耳,敬請(qǐng)期待坠敷!
主講嘉賓介紹
陳雁北妙同,加州理工學(xué)院物理學(xué)教授,美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士常拓。1999年畢業(yè)于北京大學(xué)物理系渐溶。2003年在Kip Thorne指導(dǎo)下從加州理工學(xué)院獲得博士學(xué)位。2004年到2008年在德國(guó)馬普引力物理研究所(愛因斯坦研究所)擔(dān)任科學(xué)工作者弄抬,獲德國(guó)洪堡基金會(huì)頒發(fā)的Sofja Kovalevskaya獎(jiǎng)資助茎辐,組建并領(lǐng)導(dǎo)青年科研團(tuán)隊(duì)。2007年回加州理工學(xué)院任助理教授掂恕,2013年升任正教授拖陆。
引力波的緣起
講到引力波,開始要談到的是時(shí)空這一概念懊亡。
愛因斯坦認(rèn)為:在研究物理的時(shí)候依啰,要把時(shí)間和空間放在一起考慮。比如空間的坐標(biāo)上畫了30萬公里店枣、60萬公里的格子速警,時(shí)間上畫了1秒、2秒的格子鸯两,光線就沿著30萬公里/秒的速度傳播闷旧。從坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)的光線在時(shí)空中掃出光錐,在光錐內(nèi)部就是從坐標(biāo)原點(diǎn)到達(dá)的所有范圍钧唐,就是坐標(biāo)原點(diǎn)未來的區(qū)域忙灼。不管以什么樣的速度看,只要在光錐內(nèi)部的世界钝侠,永遠(yuǎn)都是坐標(biāo)原點(diǎn)的未來该园。
在光錐外面的世界是不一樣的,比如在60萬公里以外帅韧,距離現(xiàn)在1秒的事件里初,這個(gè)世界在現(xiàn)在的坐標(biāo)系看來是在坐標(biāo)原點(diǎn)的未來。但是忽舟,如果我有速度非乘粒快的汽車,在汽車看來萧诫,這個(gè)事情發(fā)生在現(xiàn)在的坐標(biāo)原點(diǎn)以前斥难,這就是同時(shí)性的相對(duì)性。時(shí)空的概念可以用來解釋構(gòu)造一個(gè)自洽的電磁波理論帘饶。
但是哑诊,牛頓的萬有引力是瞬時(shí)傳播的,它跟狹義相對(duì)論是矛盾的及刻。愛因斯坦在1905年以后開始思考怎么才能把狹義相對(duì)論和引力統(tǒng)一在一起镀裤。
引力是非常特殊的相互作用竞阐,不同的物體在引力場(chǎng)中下落的加速度是一樣的。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于電磁理論是完全不適用的暑劝,不同的帶電粒子在磁場(chǎng)中的加速度完全不同骆莹。愛因斯坦看到了這一點(diǎn),他決定引力是可以由彎曲的時(shí)空幾何來實(shí)現(xiàn)的担猛。具體的說幕垦,愛因斯坦理論中的引力是這樣的:如果有一個(gè)有質(zhì)量的物體,把它放在時(shí)空中傅联,它就會(huì)讓時(shí)空彎曲先改。
上面的這個(gè)網(wǎng)格就代表了一個(gè)彎曲的曲面。上面看起來是彎曲的線蒸走,如果在曲面上局部看仇奶,反而是最直的一條線。這樣最直的線叫做測(cè)地線比驻。如果讓各種不同材質(zhì)的物體都按測(cè)地線運(yùn)動(dòng)该溯,就可以解釋這些物體在引力作用下的曲線運(yùn)動(dòng),并且可以解釋等效原理别惦。
愛因斯坦提出了愛因斯坦方程來描述這個(gè)現(xiàn)象狈茉,左邊(上圖公式)代表時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu),右邊(上圖公式)代表時(shí)空中的能量和動(dòng)量的分布步咪。
1916年论皆,數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn)了廣義相對(duì)論的第一個(gè)解益楼,后來的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這個(gè)解是一個(gè)黑洞猾漫。在數(shù)學(xué)上,黑洞是一個(gè)很簡(jiǎn)單的東西感凤,它把時(shí)空分成兩部分悯周,黑洞所謂的視界是只能進(jìn)入沒辦法逃出的曲面,是一個(gè)球陪竿。在外面只可以進(jìn)入視界之內(nèi)禽翼,從視界之內(nèi)逃不出視界。
把光錐的概念用到黑洞的時(shí)空上族跛,我們能看到的現(xiàn)象就是視界把時(shí)空分成兩部分—黑洞的內(nèi)部和黑洞的外部闰挡。在黑洞的內(nèi)部,光錐的所有部分都是朝著黑洞中心走礁哄。在黑洞內(nèi)部长酗,你的未來完全在黑洞里面,不可能到達(dá)黑洞的外面桐绒。你在視界上夺脾,你的未來的邊界在世界上之拨,你還是不能逃出這個(gè)視界。在視界外面咧叭,當(dāng)你距離黑洞越來越遠(yuǎn)的時(shí)候蚀乔,你的未來區(qū)域里面就有更多的部分可以逃到無窮遠(yuǎn)處。從另外一個(gè)角度看菲茬,所謂的視界吉挣,就是黑洞外面能被遠(yuǎn)處觀察者看到的時(shí)空區(qū)域的邊界。
黑洞還有另外一個(gè)性質(zhì)就是“時(shí)間停止”婉弹。當(dāng)?shù)厍蛏系穆眯姓邚牡厍虺霭l(fā)到達(dá)黑洞附近听想,如果他到達(dá)的是黑洞附近非常非常近的距離疲扎,他再回到地球的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)地球人的時(shí)鐘已經(jīng)過了很長(zhǎng)時(shí)間勒虾,而他自己的時(shí)鐘只過了很短的時(shí)間,這是時(shí)間變慢的過程邻悬,在黑洞視界上的時(shí)間是完全停止的佩脊。
用另外一個(gè)角度蛙粘,物理學(xué)家會(huì)用嵌入圖的方法表示黑洞。這個(gè)曲面可以類比成剛剛看到的網(wǎng)格曲面威彰,只不過這是黑洞外面空間的彎曲的表示出牧。離黑洞越近,這個(gè)空間越彎歇盼。在這個(gè)圖上不同的顏色標(biāo)志著時(shí)間流動(dòng)的速度舔痕。在外面,時(shí)間流動(dòng)是正常的豹缀。在黑洞的視界附近伯复,時(shí)間流動(dòng)是停止的。這個(gè)圖表示了黑洞附近的時(shí)空的彎曲邢笙,是非常極端的彎曲啸如。因?yàn)闀r(shí)間在這里是停止的,而且視界是只能進(jìn)不能出氮惯。
科幻作品中的黑洞讓大家產(chǎn)生很多的想象叮雳。這個(gè)圖是把黑洞放在星空的背景上,所有的星星發(fā)射的光線被黑洞彎折以后妇汗,我們看到非常奇怪的景象帘不。
這些畢竟是數(shù)學(xué)上的計(jì)算,黑洞真的是存在的嗎杨箭?
天文學(xué)家已經(jīng)在銀河系的不同部分寞焙,甚至在其他星系發(fā)現(xiàn)了黑洞。
在6000光年外的天鵝座X-1的物體告唆,根據(jù)天文學(xué)家的觀測(cè)棺弊,認(rèn)為是一個(gè)含有黑洞的系統(tǒng)晶密。天文學(xué)家推論出這個(gè)黑洞的質(zhì)量是太陽的9倍。天文學(xué)上模她,這叫做恒星質(zhì)量黑洞稻艰。
在天文學(xué)中有另外一種完全不一樣的黑洞。天文學(xué)家通過推算在星系中間運(yùn)動(dòng)的星體的軌跡侈净,在銀河系中心也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)黑洞尊勿。1995年-2008年期間,根據(jù)在銀河系中心周圍運(yùn)動(dòng)的星體的軌道畜侦,可以推算出中間有一個(gè)400萬倍太陽質(zhì)量的黑洞元扔。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn),在很多星系的中心都有這樣所謂的超大質(zhì)量的黑洞旋膳。
黑洞是廣義相對(duì)論的重要推論澎语,天文學(xué)家用種種方法判定了有些很可能是黑洞的物體。
廣義相對(duì)論的另一個(gè)推論——引力波
1916年验懊,愛因斯坦在他的方程中發(fā)現(xiàn)了所謂的弱引力場(chǎng)下的解擅羞,這個(gè)解便描述了引力波。從類比的方法來看义图,引力波很相似于水面上的波動(dòng)减俏。當(dāng)水面震蕩的時(shí)候,它的震蕩會(huì)以水波的形式傳播出去碱工。類似的娃承,時(shí)空幾何的振蕩也會(huì)由引力波的形式傳播。不同的是怕篷,在愛因斯坦方程中历筝,引力波是按照光速傳播的。
引力波對(duì)物質(zhì)的作用是怎樣的匙头?可以類比水波的圖象漫谷。水波有一個(gè)波長(zhǎng)仔雷,考慮在半個(gè)波長(zhǎng)以內(nèi)的浮在水面上的船蹂析。這些船隨著水波上下運(yùn)動(dòng),距離比較近的船碟婆,他們由水波導(dǎo)致的高度差就比較小电抚,而距離比較遠(yuǎn)的船,由水波引起的高度差就比較大竖共。
引力波也是很類似的現(xiàn)象蝙叛,兩個(gè)自由下落的物體,當(dāng)引力波入射的時(shí)候公给,這兩個(gè)物體之間的距離會(huì)產(chǎn)生變化借帘。產(chǎn)生距離變化的比例是引力波的振幅h蜘渣。也就是說,距離為 L的兩個(gè)物體肺然,在引力波入射時(shí)蔫缸,他們的距離變化大約是Lh。只要在波長(zhǎng)以內(nèi)际起,他們的距離越遠(yuǎn)拾碌,引力波導(dǎo)致的距離變化就越來越大。
更詳細(xì)地說:引力波是一個(gè)橫波街望,它影響的是跟引力波傳播方向垂直平面之內(nèi)的距離校翔。沿著引力波方向的距離是沒有變化的。
垂直于引力波傳播方向的平面上的物體灾前,它們之間的距離會(huì)按一定規(guī)律變化防症。物理上說引力波有兩個(gè)偏振,也就是兩種不同的模式哎甲。這些物體本來是一個(gè)圓環(huán)上告希,當(dāng)引力波入射到達(dá)垂直屏幕的時(shí)候,這些圓環(huán)上的物體在一種偏振下是按照這種模式振蕩烧给。在另外一種模式燕偶,是側(cè)的45度的模式。
引力波的數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)以后础嫡,大家就考慮指么,引力波的物理效果是否可以被觀測(cè)到?通過愛因斯坦的計(jì)算榴鼎,他認(rèn)為引力波是非常難產(chǎn)生的現(xiàn)象伯诬。產(chǎn)生足夠大的引力波需要非常大質(zhì)量的或者是非常高能量的物體以非常快的速度運(yùn)動(dòng)巫财。
但是盗似,這也沒有阻礙美國(guó)科學(xué)家韋伯在上世紀(jì)60年代進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。他的目標(biāo)并不是地面上產(chǎn)生的引力波平项,而是天體物理中的物體產(chǎn)生的引力波赫舒。他用所謂的共振法,用一個(gè)鋁棒闽瓢,它本身有一個(gè)共振頻率接癌。如果引力波是以共振頻率入射,共振頻率的引力波就會(huì)導(dǎo)致鋁棒的振蕩扣讼。他想通過檢測(cè)裝置探測(cè)到鋁棒的振蕩缺猛。
在韋伯的實(shí)驗(yàn)中,號(hào)稱探測(cè)到了很多引力波的信號(hào)。但是荔燎,他的實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)問題:一是沒有辦法重復(fù)耻姥,二是他探索到的信號(hào)也沒有天體物理的適當(dāng)原因可以解釋。所以大家普遍認(rèn)為他的引力波探測(cè)是沒有成功的有咨。然而咏闪,他開創(chuàng)了引力波探測(cè)領(lǐng)域。
在70年代摔吏,有人發(fā)明了另外一種測(cè)量引力波的方法鸽嫂,用激光干涉的方法來測(cè)量。激光打到一個(gè)分束鏡征讲,分成兩束据某,沿著很長(zhǎng)的距離傳播以后,在鏡子上分別反射诗箍,打回到分束鏡上癣籽。如果兩束的臂長(zhǎng)一樣,這兩束打回來的光會(huì)在分束鏡上合成一束從入射口回去滤祖,另外一口是沒有光的筷狼。但是,如果有引力波匠童,鏡子的位置改變埂材,導(dǎo)致的位移就會(huì)導(dǎo)致兩束返回的光在分束鏡上的相位有所變化,導(dǎo)致在沒有光的口會(huì)產(chǎn)生信號(hào)光汤求。把信號(hào)光檢測(cè)出來以后俏险,就可以探測(cè)出引力波。這種方法的好處是可以使臂長(zhǎng)變得很長(zhǎng)扬绪,越長(zhǎng)就越可以放大引力波導(dǎo)致的鏡子的運(yùn)動(dòng)竖独。光學(xué)方法本來就是有益于精密測(cè)量的方法。
90年代挤牛,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助了世界上第一個(gè)大規(guī)模的引力波探測(cè)項(xiàng)目莹痢,所謂的LIGO。
LIGO有兩個(gè)非常大的探測(cè)器墓赴,一個(gè)是Livingston竞膳,一個(gè)在Hanford。
干涉的靈敏度竣蹦,對(duì)鏡子位置的測(cè)量達(dá)到10^-18米顶猜。怎么形容呢?如果考慮頭發(fā)絲的細(xì)度是10^-6米痘括,降低1萬倍就變成氫原子是10^-10米,再減少10萬倍,就是氫原子核纲菌,是10^-15米挠日。最后得出的結(jié)論,這個(gè)長(zhǎng)度是氫原子核大小的1/1000翰舌,是非常靈敏的儀器嚣潜。
既然可以測(cè)到這樣靈敏的位移變化,要保證沒有其他因素可以導(dǎo)致比這個(gè)大的干擾信號(hào)椅贱。一個(gè)必要條件是將光干涉系統(tǒng)放在非常高的真空里懂算,防止氣體分子對(duì)激光傳播的影響導(dǎo)致虛假的信號(hào)。另外就是要把反射光的鏡子懸掛起來庇麦,把鏡子和地面的振動(dòng)完全隔離開计技。這樣就可以形成靈敏度非常高的引力波探測(cè)裝置。
利用這個(gè)裝置山橄,在2015年9月14號(hào)垮媒,我們用這兩個(gè)探測(cè)器分別發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)時(shí)間為0.2秒的引力波事件。這個(gè)圖是將兩個(gè)信號(hào)以0.7毫秒的時(shí)延錯(cuò)位以后航棱,發(fā)現(xiàn)他們的波形也在很大程度上吻合睡雇。
從波形中分析出這個(gè)事件是由兩個(gè)黑洞碰撞而導(dǎo)致的。它們兩個(gè)的質(zhì)量是36倍和29倍的太陽質(zhì)量饮醇,最后形成的黑洞是62倍的太陽質(zhì)量它抱。通過波振幅的大小可以推算出這個(gè)事件離地球的距離是13億光年。通過這個(gè)波形朴艰,也對(duì)廣義相對(duì)論的推論進(jìn)行了初步檢驗(yàn)抗愁。
這次觀測(cè)的數(shù)據(jù)是從去年9月份到今年1月份觀測(cè)數(shù)據(jù)的一部分,還有很大一部分是需要處理的呵晚,期待著有更多的雙黑洞碰撞事件蜘腌。
在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上,單位宇宙體積中饵隙,單位時(shí)間碰撞事件發(fā)生的概率是一定的撮珠。把儀器的靈敏度提高,可以看到宇宙中更遠(yuǎn)位置上的雙黑洞金矛,看到更大的體積中的所有的雙黑洞的碰撞芯急。只要把靈敏度提高2倍,就可以把觀測(cè)體積提高到8倍驶俊。這樣雙黑洞事件出現(xiàn)的概率就會(huì)提高8倍娶耍。
除了雙黑洞的碰撞過程,地面引力波探測(cè)還可以探測(cè)各種各樣的天文事件饼酿,比如雙中子星的碰撞過程榕酒。在LIGO看到雙中子星碰撞的過程胚膊,這對(duì)我們理解中子星的結(jié)構(gòu)探索伽馬射線暴的根源是有指導(dǎo)性的。
在LIGO還可以探索宇宙弦系統(tǒng)想鹰,是早期宇宙中有可能形成的拓?fù)淙毕菸赏瘢芰糠植汲什痪鶆虻?/b>
脈動(dòng)的弦狀結(jié)構(gòu)。最后也可能對(duì)宇宙大爆炸開始時(shí)產(chǎn)生的原初引力波背景進(jìn)行探索辑舷。
除了地面引力波探測(cè)喻犁,未來還會(huì)進(jìn)行多波段引力波天文學(xué)的研究。比如歐洲的愛因斯坦探測(cè)器是第三代的引力波探測(cè)器何缓,可以在可以覆蓋1赫茲-10千赫茲肢础。空間引力波探測(cè)可以探測(cè)到0.1毫茲-1赫茲之間的引力波碌廓,可以觀測(cè)到星系中心超大質(zhì)量黑洞碰撞的過程传轰。這對(duì)于星系的形成演化是非常重要的。
今天的引力波探測(cè)只是一個(gè)起點(diǎn)氓皱。在未來路召,我們會(huì)有多波段的引力波探測(cè),說明今天的引力波探測(cè)不但是廣義相對(duì)論和黑洞的直接驗(yàn)證波材,也可以說是新的天文學(xué)觀測(cè)手段股淡。
主講嘉賓介紹
曹軍威,清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員廷区、清華大學(xué)天體物理中心兼職研究員唯灵,清華信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(籌)公共平臺(tái)與技術(shù)部主任。1991年至1998年隙轻,清華大學(xué)自動(dòng)化系本科埠帕、碩士畢業(yè);2001年英國(guó)Warwick大學(xué)計(jì)算機(jī)博士畢業(yè)玖绿;2002年至2006年先后在德國(guó)NEC歐洲實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)MIT/LIGO實(shí)驗(yàn)室任Research Scientist敛瓷;2006年回清華工作至今,主要從事先進(jìn)計(jì)算技術(shù)及其應(yīng)用研究斑匪。
剛才陳教授把引力波的探測(cè)呐籽、原理、實(shí)驗(yàn)這些部分都給大家做了非常系統(tǒng)的介紹蚀瘸。我花幾分鐘的時(shí)間結(jié)合我們參與引力波探測(cè)工作的實(shí)際工作狡蝶,簡(jiǎn)單介紹一下數(shù)據(jù)分析這部分。
科學(xué)家實(shí)際上最后看到的信號(hào)是從數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中看到的贮勃。這里面顯示的是一個(gè)在線的分析贪惹,這樣的天文臺(tái)的實(shí)際情況,它的靈敏度曲線寂嘉,它的一些突出事件的信息奏瞬,都非撤闵穑快地、實(shí)時(shí)地反映在控制室里面丝格,這個(gè)我們叫在線的數(shù)據(jù)分析撑瞧。
另外一個(gè)方面棵譬,還有離線的數(shù)據(jù)分析显蝌,那就是我們需要大量的計(jì)算機(jī),大量的存儲(chǔ)订咸,分布在全世界各個(gè)研究機(jī)構(gòu)曼尊,讓大家共享一些資源,我們叫離線的數(shù)據(jù)分析脏嚷。
看到這個(gè)信號(hào)在數(shù)據(jù)分析里面是一個(gè)什么樣的過程呢骆撇?簡(jiǎn)單給大家介紹一下。
這個(gè)事件發(fā)生在2015年9月14號(hào)父叙,第一個(gè)message是2015年9月14號(hào)5點(diǎn)54分神郊,在信號(hào)發(fā)生3分鐘以后,我們的在線的程序流水線趾唱,就探測(cè)到了這個(gè)信號(hào)涌乳,這個(gè)流水線我們叫Coherent Waveburst,CWB流水線甜癞,很簡(jiǎn)單的在線測(cè)量信號(hào)的能量夕晓。如果兩個(gè)天文臺(tái)有這樣的一致性,我們就把這個(gè)事件作為一個(gè)候選人拿出來悠咱。在3分鐘之內(nèi)蒸辆,我們沒有模型的流水線就拿到了這樣的信號(hào)。
我們做了一個(gè)工作就是析既,我們清華大學(xué)參與到CWB流水線工作里邊去躬贡,從我們計(jì)算機(jī)自動(dòng)化的角度,我們用GPU的技術(shù)眼坏,加速了CWB的運(yùn)行效率拂玻。原理很簡(jiǎn)單,我們把程序拿來空骚,看到它由很多部分組成纺讲,我們把其中我們認(rèn)為能夠加速的部分拿出來,而且把加速效果最好的部分拿出來囤屹,可以把它的運(yùn)行效率提高十倍甚至更高熬甚。
除了沒有模型的流水線,我們還有一些流水線肋坚,比如我們叫CBC的流水線乡括。它就是說我可以有一些模型肃廓,用這些模型去比對(duì)這些數(shù)據(jù)。實(shí)際上這個(gè)就是最后的結(jié)果诲泌,大家看到這個(gè)事件在最后的分析里邊盲赊,最后是非常顯著的,它的信噪比達(dá)到了23以上敷扫,它的標(biāo)準(zhǔn)的希格瑪值達(dá)到5以上哀蘑,通常5以上就被認(rèn)為是發(fā)現(xiàn)。這里面無論是沒有模型的分析葵第,還是有模型的分析绘迁,實(shí)際上最后都達(dá)到了這樣的顯示度。
這里面我們做的一個(gè)工作卒密,對(duì)于這個(gè)背景到底怎么計(jì)算缀台。一種計(jì)算方法,我們沒有其他的數(shù)據(jù)哮奇,我們只能拿到一個(gè)月的數(shù)據(jù)去做背景膛腐,然后看這個(gè)信號(hào)跟背景對(duì)比來講它是一個(gè)什么樣的關(guān)系。一種是我們把信號(hào)放在背景里面鼎俘,我們做出一個(gè)背景哲身。這個(gè)就是綠的這條線。一種是我們把信號(hào)拿出去而芥,再做一個(gè)背景律罢。這樣兩個(gè)背景不同的計(jì)算方式,對(duì)于我們來判斷是不是一個(gè)信號(hào)棍丐,起到了不同的作用误辑。
還好在這次發(fā)現(xiàn)里面,無論是哪種方法歌逢,實(shí)際上這個(gè)信號(hào)都是非常突出的巾钉。我們對(duì)這個(gè)系統(tǒng)誤差的方法做了一定的工作。
下面還有一個(gè)工作秘案,我們同樣用GPU的方法砰苍,把有模型的比對(duì)流水線也進(jìn)行了加速。這個(gè)工作是我們跟西澳大利亞大學(xué)一塊開展的工作阱高。這個(gè)流水線在線的時(shí)候沒有看到信號(hào)赚导,原因是他們?cè)诰€的時(shí)候是在搜索更小質(zhì)量的雙星系統(tǒng)。反過頭來赤惊,他們?cè)陔x線反過來處理這個(gè)數(shù)據(jù)吼旧,驗(yàn)證了這個(gè)信號(hào)的信噪比確實(shí)是非常突出的。我們用GPU加速的流水線未舟,可以把它的處理速度提高50幾倍圈暗,目前為止能夠提高到120幾倍掂为。這是我們清華大學(xué)其中的一個(gè)工作。
另外大家問到比較多的员串,我們現(xiàn)在儀器的靈敏度達(dá)到了一定的程度勇哗,我們能夠探測(cè)到引力波信號(hào)。實(shí)際上在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)寸齐,我們的探測(cè)器探測(cè)不到引力波信號(hào)欲诺,這時(shí)候數(shù)據(jù)分析做了一項(xiàng)什么工作呢?數(shù)據(jù)分析就是在做我怎么來分析這些噪聲访忿,這些噪聲到底來源在哪兒瞧栗,通過分析這些噪聲的來源斯稳,比如像飛機(jī)飛過海铆,或者一輛火車開過,都有可能影響我們的探測(cè)器的動(dòng)作挣惰。所以說我們通過噪聲的分析卧斟,可以提高儀器的靈敏度,可以幫助儀器來提高靈敏度的話憎茂,也是數(shù)據(jù)分析的貢獻(xiàn)珍语。
我們這里就采用了一種計(jì)算機(jī)里邊的人工智能的方法,來進(jìn)行噪聲分析竖幔。我們來分析各個(gè)不同頻段的板乙、不同信道數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)程度。如果一個(gè)信道跟引力波信道關(guān)聯(lián)性特別強(qiáng)拳氢,說明這個(gè)信號(hào)可能不是引力波信號(hào)募逞,而是由關(guān)聯(lián)信道的干擾導(dǎo)致的。所以我就可以用這些關(guān)聯(lián)信道的事件來否定引力波信道的一些事件馋评。所以這里邊就是大量的數(shù)據(jù)比對(duì)和關(guān)聯(lián)分析放接,而這種關(guān)聯(lián)可能不是一個(gè)信道和一個(gè)信道之間的關(guān)聯(lián),而是很多環(huán)境信道跟引力波信道的關(guān)聯(lián)留特。這個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系計(jì)算機(jī)是非常有優(yōu)勢(shì)來做的纠脾。這也是從我們自己的學(xué)科背景,撇開天文物理的意義蜕青,我們從數(shù)據(jù)出發(fā)去做數(shù)據(jù)苟蹈,得到的研究結(jié)果。
最后右核,我們也是參與到了整個(gè)引力波數(shù)據(jù)的計(jì)算平臺(tái)工作慧脱,因?yàn)橐Σ〝?shù)據(jù)量雖然沒有高能物理那么大,但是也是PB的量級(jí)蒙兰,也是很大磷瘤,在LIGO各個(gè)合作組織里面芒篷,有幾PB的數(shù)據(jù)分散在各個(gè)地方,這樣全世界有幾百萬的科學(xué)家訪問這些數(shù)據(jù)采缚,這樣的平臺(tái)也是我們參與做的针炉。
還有一項(xiàng)工作,我們?cè)诟拇罄麃喓献鞯倪^程中扳抽,全球網(wǎng)絡(luò)未來是一個(gè)非常重要的方面篡帕,由于有全球網(wǎng)絡(luò),可以提高探測(cè)的精度和定位的精度贸呢。比如說我們給澳大利亞做了一個(gè)預(yù)言镰烧,澳大利亞有這樣的天文臺(tái),精度可以從左邊這張圖變成右邊這張圖楞陷,如果每個(gè)點(diǎn)來源是從這兒的怔鳖,是可以比較精確地來預(yù)測(cè)這樣的來源,而不僅僅是它的來源是一個(gè)區(qū)間固蛾,這樣就不夠精確结执。
在LIGO的合作組織中,我們清華大學(xué)只是其中一個(gè)成員艾凯,有幾十個(gè)單位献幔,幾百個(gè)科學(xué)家參與,有一部分是做儀器的趾诗,更多科學(xué)家是做數(shù)據(jù)分析相關(guān)工作的蜡感。這次發(fā)現(xiàn)我們也是非常有幸參與到其中,可以說2016年2月11號(hào)恃泪,我們宣布了這樣一個(gè)發(fā)現(xiàn)郑兴,我們也是非常自豪有這個(gè)機(jī)會(huì)來見證,包括跟在座的各位來見證這樣一個(gè)事件悟泵。
多年以后杈笔,面對(duì)浩瀚星海,遠(yuǎn)航的星艦文明將會(huì)回想起2016年2月11日糕非,人類公開宣布首次探測(cè)到引力波信號(hào)的那個(gè)遙遠(yuǎn)夜晚蒙具。
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