專訪LIGO核心成員:我們是如何做到的

引力波信號(hào)GW150914在天圖(SkyMap)上的分布。圖/Caltech/R. Hurt.


編者按:

“過(guò)去幾天有點(diǎn)太瘋狂了赫粥!”2月14日谎亩,英國(guó)格拉斯哥大學(xué)天文與物理學(xué)院教授、LIGO科學(xué)合作組織成員希拉·羅恩(Sheila Rowan)說(shuō)阻肿。

“我們的發(fā)現(xiàn)宣布后瓦戚,我完全被格拉斯哥面對(duì)面的媒體活動(dòng)淹沒了〈运” 在LIGO成功探測(cè)引力波的消息得到公布的24小時(shí)內(nèi)较解,格拉斯哥大學(xué)天文與物理學(xué)院院長(zhǎng)馬丁·亨得利(Martin Hendry)在給《知識(shí)分子》回復(fù)的郵件中寫道。

與格拉斯哥大學(xué)的科學(xué)家一樣赴邻,加州理工學(xué)院教授印衔、LIGO科學(xué)合作組織成員陳雁北也在過(guò)去幾天里不眠不休,撰寫解讀性文章姥敛,接受媒體采訪奸焙,為公眾解讀引力波這一激動(dòng)人心的科學(xué)發(fā)現(xiàn)多糠。

何為引力波础拨?探測(cè)引力波有多困難?從廣義相對(duì)論預(yù)言到首次成功探測(cè)巩那,這條路為何走了百年墨榄?探測(cè)到引力波對(duì)物理學(xué)有什么樣的重大意義玄糟?華人科學(xué)家在這一項(xiàng)目中做出了什么樣的貢獻(xiàn)?

為此袄秩,《知識(shí)分子》為此采訪了LIGO科學(xué)合作組織的多位成員阵翎。其中逢并,三位科學(xué)家給了詳細(xì)的回復(fù)。

文 | 陳曉雪 張林峰

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引力波探測(cè)“創(chuàng)造了一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)”

布魯斯·艾倫(Bruce Allen)郭卫,德國(guó)馬克斯-普朗克引力物理研究所(阿爾伯特·愛因斯坦研究所)所長(zhǎng)砍聊,LIGO科學(xué)合作組織(LSC)分布式計(jì)算項(xiàng)目Einstein@Home(意為“愛因斯坦在你家”)領(lǐng)導(dǎo)人。


《知識(shí)分子》:能否用一句話說(shuō)明贰军,什么是引力波玻蝌?

布魯斯·艾倫:引力波是時(shí)空曲率的漣漪,從源處以光速傳播谓形。

馬丁·亨得利:引力波是時(shí)空中的漣漪灶伊,是宇宙中某些最激烈的事件產(chǎn)生的——例如恒星爆炸和黑洞碰撞(后者是我們這次探測(cè)到的類型)。愛因斯坦預(yù)言寒跳,宇宙中任何加速的物體都可以自然產(chǎn)生引力波聘萨,但是只有非常致密的星體以接近光的速度加速運(yùn)動(dòng)時(shí),才能夠產(chǎn)生在地球上探測(cè)得到的足夠強(qiáng)大的引力波童太。

《知識(shí)分子》: 探測(cè)引力波是一個(gè)什么樣的問(wèn)題米辐?在物理學(xué)和宇宙學(xué)上有什么樣的重大意義?

陳雁北:引力波在廣義相對(duì)論中是一個(gè)推論书释,并且是很重要的一個(gè)翘贮。引力波和電磁波,在數(shù)學(xué)上有一定的類似之處爆惧。打一個(gè)比方狸页,法拉第、麥克斯韋建立的電磁場(chǎng)理論扯再,推論出電和磁之間的聯(lián)系芍耘。在最初,這個(gè)聯(lián)系體現(xiàn)在“電磁感應(yīng)”熄阻,比如運(yùn)動(dòng)的電荷可以產(chǎn)生磁場(chǎng)斋竞,而變化的磁場(chǎng)也可以產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。從這些秃殉,可以從理論上建立一個(gè)麥克斯韋方程組坝初。但是,這個(gè)方程組又推論出一個(gè)新的現(xiàn)象钾军,就是電磁波鳄袍。在電磁波里面,電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間會(huì)有一個(gè)完全的轉(zhuǎn)換吏恭,電磁感應(yīng)會(huì)把能量傳播到無(wú)窮遠(yuǎn)處拗小。在赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波,并且測(cè)定了它的傳播速度之后砸泛,電磁場(chǎng)理論才真正完整地被驗(yàn)證了十籍。所以相比之下,只有探測(cè)到了引力波唇礁,研究了它的性質(zhì)之后勾栗,才能說(shuō)對(duì)廣義相對(duì)論有了一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。

馬丁·亨得利:這是一個(gè)有趣的問(wèn)題盏筐。我們探測(cè)的成果之一便是完成了對(duì)愛因斯坦廣義相對(duì)論關(guān)鍵預(yù)測(cè)的最后驗(yàn)證围俘。但我覺得這并非是解決了一個(gè)問(wèn)題。幾乎所有的天文學(xué)家和物理學(xué)家都完全相信引力波是存在的琢融,只是此前我們不能直接探測(cè)到它們界牡。事實(shí)上本來(lái)可能有一個(gè)大得多的問(wèn)題,那就是如果我們能夠確認(rèn)兩個(gè)黑洞的合并沒有發(fā)出引力波漾抬,因?yàn)檫@可以表明愛因斯坦的理論存在嚴(yán)重的問(wèn)題——那會(huì)是令人震驚的宿亡,要知道廣義相對(duì)論在不是那么極端的物理?xiàng)l件下取得了巨大的成功。

當(dāng)然纳令,類似的評(píng)論可以應(yīng)用在黑洞本身的存在性上挽荠。人們從電磁數(shù)據(jù)中得到了關(guān)于黑洞存在的很多間接證據(jù),但對(duì)它們的直接探測(cè)——通過(guò)它們發(fā)出的引力波——是一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)平绩。不過(guò)同樣不是真正解決了一個(gè)天文學(xué)和物理學(xué)中的問(wèn)題圈匆。

因此,我們不把這一發(fā)現(xiàn)當(dāng)作是解決了一個(gè)問(wèn)題捏雌,而是認(rèn)為它創(chuàng)造了一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)跃赚。

陳雁北( Yanbei Chen),美國(guó)加州理工學(xué)院物理學(xué)教授性湿,主要從事引力波研究纬傲,LIGO科學(xué)合作組織成員。


史上最敏感的科學(xué)儀器

《知識(shí)分子》:探測(cè)引力波有多難窘奏?什么樣的方法是可靠的辦法嘹锁?

布魯斯·艾倫:困難在于,引力波對(duì)物體的效應(yīng)非常非常微弱着裹。我們目前擁有的唯一方法就是通過(guò)LIGO(The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory 领猾,激光干涉引力波天文臺(tái))干涉儀和其他類似的裝置進(jìn)行探測(cè)。

陳雁北:在人類能夠感知的尺度下骇扇,引力是一個(gè)很弱的相互作用摔竿。只有靠天文中大質(zhì)量的星體的運(yùn)動(dòng),才能產(chǎn)生相對(duì)比較強(qiáng)一些的引力波少孝。但是就算是這樣继低,引力波對(duì)地面上的物質(zhì)產(chǎn)生的影響也是微乎其微的。這次探測(cè)到的引力波稍走,振幅為10-21袁翁,這就說(shuō)明柴底,在LIGO中距離4公里的鏡子,其相對(duì)距離只是變化了10-18米左右粱胜,是原子核尺度的一千分之一柄驻。這么微弱的距離變化,是人類在之前根本沒法達(dá)到的焙压,是精密測(cè)量科學(xué)的最前沿鸿脓。

馬丁·亨得利:(上面提到)愛因斯坦曾預(yù)言,宇宙中任何加速的物體都可以自然產(chǎn)生引力波涯曲,但是只有非常致密的星體以接近光的速度加速運(yùn)動(dòng)時(shí)野哭,才能夠產(chǎn)生在地球上探測(cè)得到的足夠強(qiáng)大的引力波。正如池塘里的漣漪幻件,隨著在宇宙中的傳播拨黔,引力波會(huì)變得越來(lái)越弱。

當(dāng)引力波通過(guò)時(shí)绰沥,我們所在的局部空間會(huì)被拉伸和擠壓蓉驹。我們可以利用一種特殊的儀器——干涉儀——來(lái)探測(cè)這種拉伸和擠壓。我們利用的是位于路易斯安娜州的列文斯頓和華盛頓州的漢福德的兩臺(tái)LIGO干涉儀揪利。每臺(tái)LIGO干涉儀有兩個(gè)互相垂直的長(zhǎng)達(dá)4千米的“干涉臂”态兴。干涉臂由混凝土管保護(hù),激光束可以在其兩端的反射鏡之間來(lái)回反射疟位。引力波的通過(guò)會(huì)使得雙臂分別延長(zhǎng)和收縮瞻润,一個(gè)變長(zhǎng)另一個(gè)變短,反之亦然甜刻。由于干涉臂的長(zhǎng)度變化绍撞,激光束從一端到另一端的時(shí)間會(huì)有所變化。這意味著這兩個(gè)光束不再“同步”得院,從而產(chǎn)生“干涉”圖案傻铣,因此該裝置得名干涉儀。

雙臂長(zhǎng)度的變化實(shí)際上很小祥绞,大約是人的頭發(fā)直徑的一萬(wàn)億分之一非洲。這是因?yàn)橐Σㄐ盘?hào)從遙遠(yuǎn)的宇宙?zhèn)鱽?lái)時(shí)已經(jīng)變得小的不得了。如果你覺得探測(cè)這一過(guò)程還不算困難蜕径,那么地球上所有形式的局部干擾——從地面震動(dòng)到電網(wǎng)漲落两踏,以及能夠偽造或完全吞沒宇宙真實(shí)信號(hào)的儀器“噪聲”——都會(huì)使它變得更糟。

為達(dá)到令人震驚的靈敏度要求兜喻,在過(guò)去的幾年里梦染,LIGO探測(cè)器設(shè)計(jì)的幾乎每一個(gè)方面都被升級(jí)過(guò)。我們?cè)诟窭垢绱髮W(xué)領(lǐng)導(dǎo)的英國(guó)研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合會(huì)發(fā)揮了關(guān)鍵作用,特別是在LIGO探測(cè)器核心區(qū)域發(fā)展帕识、構(gòu)造和安裝靈敏的反射鏡懸架泛粹,這對(duì)此次探測(cè)非常重要。該技術(shù)是以我們?cè)谠缙谟?guó)/德國(guó)GEO600探測(cè)器上的工作為基礎(chǔ)的肮疗。這使得LIGO升級(jí)為Advanced LIGO戚扳,可以說(shuō)是有史以來(lái)最敏感的科學(xué)儀器,因此我們得以第一次直接看到黑暗的宇宙族吻。

《知識(shí)分子》:除了LIGO,世界上還有其他探測(cè)到引力波的裝置嗎珠增?為什么LIGO首先成功了超歌?

布魯斯·艾倫:據(jù)我所知,目前還沒有蒂教。(實(shí)驗(yàn)裝置)設(shè)計(jì)精巧巍举、工作人員賣力、運(yùn)氣好(感謝大自然凝垛,引力波源的時(shí)間地點(diǎn)都無(wú)比合適)懊悯。

《知識(shí)分子》:LIGO何時(shí)成功收集到足夠多的有效數(shù)據(jù)?收集數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間有多長(zhǎng)梦皮?分析數(shù)據(jù)用了多久的時(shí)間炭分?

布魯斯·艾倫:目前是2015年9月12日到2016年1月12日。分析數(shù)據(jù)花了幾個(gè)月的時(shí)間剑肯。一些分析甚至是在過(guò)去幾周才結(jié)束的捧毛。

陳雁北:LIGO早在十年前就進(jìn)行了第一代的實(shí)驗(yàn),并且和VIRGO探測(cè)器聯(lián)合進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集让网,得到了3年的有效數(shù)據(jù)呀忧。在那一次采集中,由于儀器的靈敏度不如這一次溃睹,沒有發(fā)現(xiàn)引力波事件而账。這一次的第二代的Advanced LIGO,在30-60Hz的低頻段靈敏度比第一代有了10倍以上的提高因篇,于是在開機(jī)不到一個(gè)星期的試運(yùn)行中泞辐,就看到了這次的GW150914。由于這次的信號(hào)很強(qiáng)竞滓,LIGO科學(xué)家只做了簡(jiǎn)單的分析铛碑,就基本斷定這個(gè)一定是引力波信號(hào)。但是虽界,為了排除其他因素汽烦,更好的確定這個(gè)信號(hào)確切的統(tǒng)計(jì)特性,對(duì)信號(hào)所對(duì)應(yīng)的物理過(guò)程作出判斷莉御,并且和廣義相對(duì)論比對(duì)撇吞,最后到把一系列文章定稿俗冻、投稿,整個(gè)LIGO-VIRGO合作體還是花了5個(gè)月的時(shí)間牍颈。

馬丁·亨得利(Martin Hendry),? 英國(guó)格拉斯哥大學(xué)天文與物理學(xué)院院長(zhǎng), 主要從事宇宙學(xué)和引力波天文學(xué)研究迄薄,LIGO科學(xué)合作組織成員, LIGO科學(xué)合作組織教育與公眾宣傳小組副組長(zhǎng)煮岁。


20萬(wàn)年一遇的真實(shí)信號(hào)

《知識(shí)分子》:LIGO如何確認(rèn)探測(cè)到的信號(hào)來(lái)自引力波讥蔽,而不是其他的信號(hào)或噪音?

陳雁北:噪聲雖然是隨機(jī)的画机,但是可以用統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)處理冶伞。粗略的說(shuō),越強(qiáng)的噪聲步氏,出現(xiàn)的幾率就越小响禽。LIGO在運(yùn)行中,會(huì)對(duì)噪聲的出現(xiàn)幾率做一個(gè)估算荚醒。如果碰到一個(gè)很高的信號(hào)芋类,比可能出現(xiàn)的噪聲大很多,那么就幾乎一定是引力波造成的界阁。

而且侯繁,由于雙黑洞的波形比較有特點(diǎn),我們?cè)贚IGO的數(shù)據(jù)中集中搜索具有這樣特點(diǎn)的信號(hào)泡躯,這也會(huì)提高分析的效率巫击,因?yàn)殡S機(jī)的噪聲具有跟雙黑洞同樣的特點(diǎn)的可能性會(huì)降低。

以上統(tǒng)計(jì)的方法精续,最有效的使用范圍是多種獨(dú)立因素所造成的噪聲坝锰,往往成為是“高斯噪聲”,或者“正態(tài)分布”重付。 有一些偶然因素造成的“非高斯噪聲“顷级,會(huì)讓統(tǒng)計(jì)方法的效果變差——具體說(shuō),就是需要更高的信號(hào)強(qiáng)度确垫,才能判斷是引力波弓颈。

這些偶然噪聲,往往可以追溯到探測(cè)器所處的特定環(huán)境中删掀。比如附近有飛機(jī)翔冀、汽車經(jīng)過(guò),有電磁場(chǎng)的擾動(dòng)披泪,等等纤子。這樣的因素,往往可以被LIGO的一些輔助探測(cè)器所捕捉。這些輔助探測(cè)器包括:麥克風(fēng)控硼、磁場(chǎng)計(jì)泽论、地震儀、等等卡乾。當(dāng)這些輔助探測(cè)器捕捉到比較強(qiáng)的非引力信號(hào)時(shí)翼悴,我們就忽略這時(shí)候引力波探測(cè)器的數(shù)據(jù),避免被干擾幔妨。

另外一個(gè)減少偶然噪聲的方法鹦赎,就是要求兩個(gè)距離三千公里之外的LIGO探測(cè)器都必須在一定時(shí)間之內(nèi)測(cè)到相互一致的信號(hào)。

馬丁·亨得利:要想象我們這次一樣成功地探測(cè)到引力波事件误堡,LIGO探測(cè)器既需要驚人的敏感性古话,也需要將波源真實(shí)信號(hào)與儀器噪聲區(qū)別開來(lái)的能力。這是我們有兩臺(tái)Advanced LIGO探測(cè)器的一個(gè)關(guān)鍵原因埂伦,因?yàn)樗屛覀兊靡詫⒁Σ◤膬x器或環(huán)境的影響中提取出來(lái):只有真正的引力波信號(hào)才能同時(shí)出現(xiàn)在兩臺(tái)探測(cè)器上——雖然有幾千分之一秒的時(shí)間差,這是因?yàn)楣猓ɑ蛞Σǎ┑竭_(dá)探測(cè)器基地的時(shí)間不同思恐。

理解這些背景噪聲是我們分析的重要組成部分沾谜,它包括在兩個(gè)基地監(jiān)測(cè)大量的環(huán)境數(shù)據(jù),僅列舉其中一些:地面運(yùn)動(dòng)胀莹,溫度變化和電網(wǎng)漲落基跑。同時(shí),許多數(shù)據(jù)通道會(huì)即時(shí)監(jiān)控干涉儀的狀態(tài)描焰,例如檢查各激光光束位于適當(dāng)?shù)闹行南狈瘛H绻@些環(huán)境或儀器的檢測(cè)通道中的任何一個(gè)表明出現(xiàn)了問(wèn)題,相應(yīng)的數(shù)據(jù)就會(huì)被丟棄荆秦。然而篱竭,經(jīng)過(guò)詳盡的研究,在該事件發(fā)生時(shí)步绸,沒有發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量方面的問(wèn)題掺逼。

但是,這是否有可能是一種罕見的噪聲漲落瓤介,只是湊巧以相同的特征發(fā)生在兩個(gè)探測(cè)基地呢吕喘?為排除這種可能性,我們需要搞清楚如果這是真的刑桑,那么它會(huì)有多罕見:它碰巧發(fā)生的可能性越小氯质,我們就越相信我們所希望的是真的,也即我們觀察到的確實(shí)是一個(gè)真正的引力波事件祠斧。為了進(jìn)行這一統(tǒng)計(jì)分析闻察,我們?cè)谶@一事件后的那個(gè)月使用了長(zhǎng)達(dá)16天的穩(wěn)定、高質(zhì)量的探測(cè)器數(shù)據(jù)。我們探測(cè)到的事件確實(shí)是那段時(shí)間里在兩臺(tái)探測(cè)器上探測(cè)到的迄今為止最強(qiáng)的信號(hào)蜓陌。然后觅彰,我們?cè)趦商綔y(cè)器得到的數(shù)據(jù)之間引入了一系列人為的時(shí)間移動(dòng),有效地創(chuàng)建了一個(gè)更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)集钮热,由此我們可以去搜索與我們所觀察到的事件一樣強(qiáng)填抬,或更強(qiáng)的信號(hào)。

由于只使用了間隔大于10毫秒的事件移動(dòng)(之間的探測(cè)器的光的旅行時(shí)間)我們確保這些人工數(shù)據(jù)集不包含真實(shí)的信號(hào)隧期,而只是噪聲飒责。然后我們可以看到,在非常長(zhǎng)的人工數(shù)據(jù)集上模仿我們探測(cè)結(jié)果的事件出現(xiàn)的頻率仆潮。這一分析可以給我們錯(cuò)誤警報(bào)率:我們測(cè)量到看似真實(shí)實(shí)則是噪音波動(dòng)的事件的頻率(即一個(gè)“錯(cuò)誤警報(bào)”)宏蛉。我們發(fā)現(xiàn)這是非常罕見的——事實(shí)上我們得到,像我們得到的信號(hào)這么強(qiáng)的偶然信號(hào)只有在大約200000年的數(shù)據(jù)中才可能發(fā)生一次性置!這使我們確信拾并,信號(hào)不是噪音。

引力波是否以光速傳播尚待檢驗(yàn)

《知識(shí)分子》:如何通過(guò)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)鹏浅,推算出源的物理信息嗅义,包括引力波的速度和角度、兩個(gè)LIGO探測(cè)器之間的時(shí)間差隐砸、黑洞在合并之前的信息等之碗?

布魯斯·艾倫:引力波的速度為光速。我們知道引力波的角度季希,是因?yàn)樗鼜囊粋€(gè)探測(cè)器到達(dá)另一探測(cè)器的時(shí)間差為7毫秒褪那,如果你分析引力波經(jīng)過(guò)這兩個(gè)探測(cè)器的波形,就會(huì)得到兩個(gè)黑洞合并之前的信息式塌,啁啾質(zhì)量(編者注:chirp mass博敬,類似這次的致密雙星并合信號(hào)聽起來(lái)像鳥鳴,即又稱啁啾信號(hào)峰尝,而描述這個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)就是啁啾質(zhì)量)冶忱,看波形與數(shù)據(jù)是否吻合。

陳雁北:首先是定時(shí)境析、定位囚枪。(LIGO)兩個(gè)探測(cè)器有很精確的定時(shí)系統(tǒng)。通過(guò)引力波形的時(shí)間差劳淆,可以判斷出引力波源在天空中所處的一個(gè)圓環(huán)链沼。再考慮兩個(gè)探測(cè)器看到的振幅、相位信息沛鸵,可以進(jìn)一步更好的定位括勺。但是想要達(dá)到比較好的定位缆八,需要三個(gè)和三個(gè)以上的探測(cè)器。

其次關(guān)于源的信息疾捍。抽取源的信息奈辰,有很多步驟看波形的振幅、頻率隨時(shí)間的演化乱豆,可以推斷出黑洞的質(zhì)量奖恰;通過(guò)兩個(gè)探測(cè)器的不同振幅、相位宛裕,可以抽取出軌道平面的指向瑟啃。再通過(guò)看波的整體幅度,就可以定出距離揩尸。

馬丁·亨得利:為了進(jìn)一步確信這是從雙黑洞合并事件發(fā)出的真實(shí)引力波蛹屿,我們將在漢福德(Hanford)和利文斯頓(Livingston )測(cè)得的數(shù)據(jù)與愛因斯坦廣義相對(duì)論的理論預(yù)測(cè)做了比較。愛因斯坦的理論成功地通過(guò)了這一測(cè)試岩榆!

這些理論預(yù)測(cè)取決于黑洞的物理特性:它們的質(zhì)量和距離错负,最終形成的黑洞是否旋轉(zhuǎn)(如廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的那樣),雙黑洞系統(tǒng)的方向和其他參數(shù)勇边。因?yàn)槲覀儍H使用了兩臺(tái)引力波探測(cè)器來(lái)探測(cè)犹撒,并不是所有的系統(tǒng)參數(shù)都能很好地被確定。例如粥诫,原則上我們可以通過(guò)分析引力波在不同地點(diǎn)傳來(lái)的時(shí)間差來(lái)確定它們?cè)谏峡盏奈恢糜秃健H欢赣梗ㄟ^(guò)兩臺(tái)探測(cè)器確定的天空位置并沒有那么精準(zhǔn):它是面積非常大的一片天空(近1000平方度怀浆,或滿月天空面積的約4000倍)。在我們數(shù)據(jù)所顯示的范圍內(nèi)可以找到被觀察到的事件怕享,但我們不能更準(zhǔn)確地給出這一位置执赡。然而在未來(lái),隨著越來(lái)越多的引力波探測(cè)器被添加到我們的全球網(wǎng)絡(luò)函筋,我們確定引力波源位置的能力將大大提高沙合。

愛因斯坦的理論預(yù)測(cè),引力波以光速傳播跌帐,但我們的數(shù)據(jù)還不能完全確認(rèn)是光速首懈。然而,我們希望在未來(lái)探索這一問(wèn)題谨敛,希望能檢驗(yàn)引力波是否真的是以光速傳播究履。

歷史性時(shí)刻中留名的華人科學(xué)家

《知識(shí)分子》:LIGO科學(xué)合作組織有多少科學(xué)家參與?此次LIGO探測(cè)到引力波脸狸,他們各自做了哪些工作最仑?

布魯斯·艾倫:我們發(fā)表的探測(cè)到引力波的論文有大約1000位作者藐俺,其分工與組織極其復(fù)雜。LIGO科學(xué)合作組織有許多工作小組(至少有二三十個(gè))泥彤。多數(shù)小組的組長(zhǎng)是選舉產(chǎn)生欲芹,有一些則是由發(fā)言人指定。

陳雁北:LIGO Scientific Collaboration有將近1000個(gè)成員吟吝,分工很細(xì):有人設(shè)計(jì)菱父、建造、調(diào)試實(shí)驗(yàn)裝置(實(shí)驗(yàn)裝置又分成很多具體的系統(tǒng)爸黄,有激光滞伟、光學(xué)器件、機(jī)械部分炕贵、電子和控制系統(tǒng)等等)梆奈,也有人分析數(shù)據(jù)(分析數(shù)據(jù)還要按不同的源分成很多個(gè)組)。

《知識(shí)分子》:在此次成功探測(cè)引力波的過(guò)程中称开,有哪些華人科學(xué)家做出重要貢獻(xiàn)亩钟?

陳雁北:清華大學(xué)以曹軍威教授為首的團(tuán)隊(duì),參與了LIGO的數(shù)據(jù)分析鳖轰。其中有四位是這次文章的作者清酥。

西澳大利亞大學(xué)的研究組:鞠莉教授、趙春農(nóng)教授(合作研制LIGO的實(shí)驗(yàn)技術(shù))和溫琳清教授(直接參與LIGO數(shù)據(jù)分析)等蕴侣。

格拉斯哥大學(xué)的Ik Siong Heng(王義雄)教授(引力波暴組組長(zhǎng)焰轻,直接參與LIGO數(shù)據(jù)分析),英國(guó)伯明翰大學(xué)的繆海興博士(光學(xué)和精密測(cè)量理論專家)昆雀。

還有香港中文大學(xué)的助理教授黎冠峰辱志,引力波數(shù)據(jù)檢驗(yàn)相對(duì)論的專家,在廣義相對(duì)論的檢驗(yàn)方面發(fā)揮了直接的作用狞膘。

另外還有一些比較年輕的中國(guó)科學(xué)家(學(xué)生揩懒、博士后)也很活躍。比如德國(guó)馬普引力物理所的明鏡(博士生)挽封、清華大學(xué)的胡一鳴(博士后)已球,都是直接參與LIGO的數(shù)據(jù)分析工作。這兩位這次在網(wǎng)上發(fā)了一些很好的科普文章辅愿。

我做的是理論的研究智亮。我對(duì)LIGO的量子噪聲和熱噪聲的計(jì)算、為Advanced LIGO的光學(xué)結(jié)構(gòu)点待,以及設(shè)計(jì)靈敏度提供了理論依據(jù)阔蛉。我后來(lái)參與了LIGO數(shù)據(jù)分析方案的研究和設(shè)計(jì),為從LIGO數(shù)據(jù)中高效的提取雙黑洞碰撞信號(hào)亦鳞,以及運(yùn)用雙黑洞波形檢驗(yàn)廣義相對(duì)論提供了一些理論基礎(chǔ)馍忽。

天文學(xué)的新篇章剛剛翻開第一頁(yè)

《知識(shí)分子》: 如何評(píng)價(jià)LIGO直接探測(cè)到引力波的這一發(fā)現(xiàn)棒坏?它將如何影響未來(lái)的天文學(xué)與物理學(xué)?

布魯斯·艾倫:它將為天文學(xué)研究開辟一個(gè)全新的領(lǐng)域遭笋,為研究黑洞和中子星等致密天體提供新的方法坝冕。

馬丁·亨得利:總的來(lái)說(shuō),我相信我們的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)驚人的科學(xué)成就:它提供了黑洞存在的第一個(gè)直接證據(jù)瓦呼,即它們可以以成對(duì)的形式存在喂窟,而這些對(duì)可以碰撞和合并,并在這一過(guò)程中以引力波的形式釋放大量能量央串,這與廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)驚人地一致磨澡。

但是,我們的發(fā)現(xiàn)并不僅僅是檢驗(yàn)愛因斯坦是否正確质和。探測(cè)引力波將有助于我們探測(cè)宇宙中情況最為極端的角落——黑洞的視界稳摄、超新星的最深處、中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)——那些常規(guī)望遠(yuǎn)鏡完全無(wú)法接近的區(qū)域饲宿。因此厦酬,對(duì)引力波的第一次直接探測(cè)和對(duì)雙黑洞合并的第一次觀察是了不起的成就,而它們僅僅是代表了一個(gè)令人振奮的天文學(xué)新篇章的第一頁(yè)瘫想。

我們將在下一個(gè)十年見證Advanced LIGO探測(cè)器的進(jìn)一步改進(jìn)仗阅,以及全球探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展,包括意大利的Advanced Virgo国夜,日本的神岡引力波探測(cè)器(KAGRA)减噪,以及可能在印度的第三個(gè)LIGO探測(cè)器。這種增強(qiáng)的全球網(wǎng)絡(luò)將顯著提高我們的確定引力波源位置以及更準(zhǔn)確地估計(jì)它們物理性質(zhì)的能力车吹。引力波天文學(xué)這一嶄新的領(lǐng)域有著非常光明的未來(lái)筹裕!

感謝德國(guó)馬普引力物理所、清華大學(xué)博士后胡一鳴為采訪提供的幫助

(責(zé)任編輯 陳曉雪)


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