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何謂引力波 ?

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發表於 2012-2-15 15:19:48 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 mca 於 2012-2-25 13:58 編輯




廣義相對論曾預測引力波 (gravitational waves) 的存在。 引力波指天體在加速運動時產生的時空漣漪 (像船行的水漣漪),它是從移動天體釋放出來的一種能量,又稱 "引力輻射",以光速傳播,但頻率很低 (理論說 1 kHz 以下),携帶的能量甚弱,要待高密度天體發生劇烈移動時才會察覺出來,例如兩顆中子星的快速互繞,或兩個假設黑洞的對碰。

早在 1970 年代,兩位天體物理學家 Russell Hulse 與 Joseph Taylor 研究一對在天鷹座以近距互繞的中子星 (編號 PSR B1913+16,其中一顆是脈衝星),它們的軌道週期只有 7.75 小時,但偏心率大,軌速不停地在 110 至 450 km/s 之間改變,最特別的是,這個軌道週期依照引力波的理論按年遽減,兩人都認為引力波把雙星的輻射能量帶走,結果軌道收細,週期也相應縮短。這是初次取得的非直接引力波証據,兩人因此分享了 1993 年諾貝爾物理學獎。



http://arxiv.org/abs/astro-ph/0407149





在 2000 年,美國投巨資展開 LIGO 引力波探測計劃 (上圖),LIGO 包括兩座分隔三千公里的實驗室,這樣可以利用三角法找出引力波源的位置,兩座實驗室亦可互相印証測量結果。基本上,LIGO 是一台有雙臂的鐳射干涉儀,雙臂接成 L 形以利測量取向,每臂長四公里,注入的鐳射光透過分路器 S 化為兩道光束 (a、b) 射向臂內的鏡子,最後返回 S 混合輸往接收器。輸出訊號相當於兩束光波合加的干涉圖樣,在 a、b 波峯相叠的相位,干涉的波幅最大,峰谷相叠則波幅最小,如果任何一臂的長度有變,即使變化小至 10^–18 m,也會影響 a、b 的相位差,結果會在干涉圖樣顯露出來。

自啟用以來,科學家一直期望天體的引力波掃過 LIGO 令雙臂長度 (時空) 改變而產生光波干涉現象,可惜一直沒有收獲,原因可能是到達地球的引力波太弱,引力波被大氣層反射或衰減,LIGO 的靈敏度和頻寬不足,或是引力波根本不存在。據說將有新的 LISA 干涉儀放上太空令兩臂的長度增至五百萬公里,這樣可以大幅提高測量的靈敏度和頻寬,希望藉此找到引力波的直接証據。

LIGO 網頁  http://www.ligo-la.caltech.edu/LLO/overviewsci.htm  
LISA 網頁  http://lisa.nasa.gov/

留意: 到目前為止,引力波仍然是理論上的東西,未有具體証明。1993 年諾貝爾獎是因為兩位得主發掘了研究 "引力" 的新途徑,不是發現了引力波。
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