从人物到细节引力波背后最完整的内幕故事

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从人物到细节引力波背后最完整的内幕故事

2016-02-17 13:57:45 来源：百度百家

　　一些最困难的工作发生在镜子上。根据Reitze，这些是世界上最好的镜子，远远超出任何的同类。每一面镜子都有一尺宽，重90磅，被磨成精度到一亿分之一英尺的完美的球面镜。(一面镜子的造价约100万美元。)开始时，镜子们被悬在一圈钢线上。升级后，它们被连接在一个钟摆系统上，来隔离地质抖动的影响。连接它们的是溶化硅纤维——基本成分就是玻璃——足够强壮来承受镜子的重量，但是很容易破碎。「我们出过一次事故，一个螺丝刀掉下来，刮到了硅纤维，结果整个镜子都掉了下来。」Anamaria Effler，一个过去在那里工作过的运转专业技术人员告诉我。纤维的优点是它的纯度，根据格拉斯哥大学的Jim Hough，「当你弹一下威士忌杯子，它会发出漂亮的振动声;溶化的硅比威士忌杯子还好，更像是拨动小提琴的琴弦」音符是如此的薄可以用LIGO的信号处理软件把它过滤掉，又一个干扰排除了。

　　准备高级LIGO的工作比想象的进展得慢，所以更新的改进的设备的投入使用时间被推迟了几天，到2015年9月18日。Weiss被从波士顿叫来确定一个频率干涉的源头。「我到了那里，被吓坏了」他说。「这个干涉到处都是。」他建议进行一个星期的修理来处理，但是项目的总负责人拒绝了这一延误，不想再耽误一天的观测时间。「感谢上帝他们没有让我那么干，」Weiss 回忆。「我会导致让整个系统在信号出现时下线!」

　　引力波被如此早的探测到引来了很多迷惑和质疑。「我告诉所有人我们直到2017年获2018年才会探测到任何东西，」Reitze说。 Janna Levin，哥伦比亚大学的天体物理教授，没有参加LIGO合作研究，也感到非常吃惊。「当传言开始时，我的反应是：别逗了!」她说，「他们连锁才刚上好!」。再说这个信号实在是太完美了。「我们绝大多数人认为，当我们看到这个信号时，它将是从非常多的计算机和计算周期后中从噪音中拉出来的信号，」Weiss认为。大多数人认为这个信号是某种测试。

　　LIGO团队包括一小组人员，专门制造隐藏的信号注入——虚假的引力波证据——作为对科学家工作的监督。尽管每个人都认识这个四人小组的成员，「我们都不知道什么样的信号，在何时，以及是否被注入，」Gabriela Gonzalez，合作研究的发言人说。当LIGO的最早的2010年的运行中，探测器捡到了好像是很强的信号。科学家们紧张的分析了六个月，最后认为是来自河外星系Canis Major的引力波。就在他们想把发现投到科技期刊之前，他们被告知这个信号是被注入的假信号。

　　这一次，隐藏信号小组发誓他们和这个信号没有任何关系。Marco Drago认为他们的否认可能是测试的一部分，不过Reitze自己，作为四人小组的成员，有另外的担心。「我的担忧是——你可以理解为这是我们对做出任何虚假发现的本能畏惧——有没有其他的人恶意的在捣乱?」他说，「会不会是其他人在我们的探测器里伪造了一个信号，我们没有人知晓?」Reitze，Weiss，Gonzalez还有其它几个人考虑了谁还出于对设备和系统算法的全面了解有可能制造这个假信号。他们只找到4个人选，其中没有一个人有任何动机去这样做。「我们深入盘问了这些人，」Weiss 说，「结论是，他们没有做这件事。」最后，他说，「我们接受了最经济直接的解释：这是一对黑洞造成的。」

　　LIGO合作研究机构的每一个分部门开始确认这一探测的有效性。他们检查每一件设备是怎么设定和校准的，每一行软件代码都分析，编辑了一个单子列出所有可能的环境干扰，从大气电离层的振荡到太平洋沿岸的地震。(「当时有一个很强大的发生在非洲的闪电，」Stan Whitcomb，LIGO首席科学家告诉我。「不过后来磁场测量仪显示它没有足够的干扰可以产生这个信号。」)最后，他们确认了这个探测结果满足统计学的5西格玛门槛，这是宣布任何物理学发现的黄金标准。换句话说，这意味着这个探测结果只有3百50万分之一的概率是由随机事件造成的。

　　9月14号的发现，现在正式命名为GW50914，已经附带来好几个非常重要的天体物理发现。举例说，它是第一个观测证据说明双黑洞对的存在。直到现在，这只是理论上的可能性，因为黑洞吞噬所有周围的光，让传统望远镜无法观测到。引力波是唯一可以逃出黑洞的压倒性的引力场的信息。

　　LIGO科学家已经从这个信号中提取出令人惊讶的信息，包括源头的黑洞的质量，轨道速度，它们边界接触的时刻。它们比想象的质量大很多，这个惊讶地发现，如果被以后的引一步观测印证，将会帮助解释各个银河中心的神秘的超级体量黑洞是如何形成的。研究团队还量化了黑洞的ringdown——三个能量脉冲在最终的合并后的新的更大的黑洞在球形化过程中释放出来——也就是说黑洞在合并后把自身的不完美部分通过引力波辐射出来。

　　这次检测还证实了爱因斯坦关于这个物理宇宙的另一个特性的想法。尽管他的理论主要是关于引力，以前理论主要是在我们自己的太阳系进行检验，在这里引力的主导效应比较弱。「你仅在你爬楼梯的时候才会想起地球的引力，」Weiss 说，「但是，对于物理学来说，引力的效应相比之下只是个小角色，非常微弱，没有什么影响。「在黑洞附近就不同了，引力在那里是宇宙中最强的作用力，可以把原子撕碎。这些爱因斯坦在1916曾预言过，LIGO的实验结果显示爱因斯坦的方程和实际观测几乎是完美的一致。「他究竟怎么能知道这点?」Weiss 问道。「我多么希望在那个早晨可以把数据拿给他看，看看他脸上的反应。」

　　自从9月14号的发现，LIGO继续观察到可以作为引力波候选的信号，尽管这些信号没有第一个信号那样具有戏剧性。「我们一开始这样折腾都是因为开始这个大信号，」Weiss 说道。「不过，我们非常高兴还有别的，强度小一些的信号，说明我们最开始的发现不是单一的，疯狂的，神经质的事件。」

标签：引力波内幕细节

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