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七律•2017诺贝尔物理奖咏叹

                         陈晨星

相对论导引力波,

世纪先言叹奈何。

放胆爱君场弱解，

痴心韦伯棒虚挪。

黑星并合遥如雳，

矩臂干涉敏胜梭。

三叟忆昔应不悔，

半生韶华未跎蹉!

注释也科普:

1、今年诺贝尔物理奖应该算是没有太多悬念的,实属众望所归。估计去年委员会所担心的人选问题，也因德雷弗老先生（Ronald Drever 1931-2017）的“让位”而变的明朗。这三位平均年龄超过八十岁的分别来自MIT和Caltech的美国物理学家分别是雷纳·韦斯(Rainer Weiss)（一半奖金），巴里·巴里什（Barry Barish）和吉普·索恩(Kip Thorne)（分享另一半奖金）。瑞典皇家科学院授予其2017年诺贝尔物理奖以表彰他们“对于LIGO探测器和引力波观测的决定性的贡献”。

2、引力波简史：

      “引力波”这个词的最早提出者其实并不是爱因斯坦，而是法国数学家、科学家庞加莱（JulesHenri Poincaré）在1905年首次提出，他曾试图将引力纳入狭义相对论。

  当然，正式的引力波的预言还是爱因斯坦（Albert Einstein）在1915年广义相对论之后提出的，在1916年他发表论文，提出广义场方程表明存在引力波，认为球对称系统可以发射引力波。1918年又发表论文加以更正，提出四极辐射，引力波的辐射应该是波源做非球面对称运动所造成的辐射，以光速传播。他在方程的弱场近似解中，计算出引力波强度，由于这种时空的涟漪实在是太弱了，他认为也许无法探测到。后来，三十年代爱因斯坦还几次想否定自己的引力波预言，险些铸成大错。

  1955—1957年，理查德·费曼（Richard Feynman）提出粘性串珠的思想实验来说明引力可以传递能量并被测量，赫尔曼·邦迪（Hermann Bondi）进一步提出邦迪坐标等概念，肯定引力辐射的存在。有更多的科学家开始相信引力波的传播与对物质的作用。

  第一个直接试图用实验探测引力波的物理学家是约瑟夫·韦伯（Joseph Weber）。从1957年到1959年，韦伯在引力波探测方案的设计了一根长约2米，直径0.5米，重约1吨的圆柱形铝棒，被称作韦伯棒。该棒有两根，相距1000km，被称为共振型探测器。当引力波通过时，且当引力波频率和铝棒设计频率相同时，会引起韦伯棒发生共振。贴在棒表面的压电晶片会产生电压信号，从而观测到引力波。1969年韦伯宣称探测到了来自银河系中心的引力波，全球科学界为之兴奋，然而后来其他实验室均未探测到类似信号，并且韦伯的数据中也存在诸多疑点。

  1974年，泰勒（Joseph Taylor）和他的学生赫尔斯（RussellHulse）利用刚建成的当时世界最大口径305米的阿雷西博射电望远镜，发现了由两颗质量太阳相当的中子星组成的双星系统，脉冲双星PSR1913+16。利用中子星周期性精确的脉冲信号，可以精准地计算两颗中子星周期和轨道半径。据广义相对论，当两个致密星体近距离彼此绕旋时，会辐射出的引力波而带走能量，所以轨道半径和周期会变小。在之后的30年里他们对该双星做了持续观测，与广义相对论所预言的周期每年减少76.5微秒，半长轴每年缩短3.5米吻合的相当好。这是引力波存在的第一个间接证据，也是对广义相对论间接证明。俩人摘得1993年诺贝尔物理学奖。

  70年代初，麻省理工的韦斯(Rainer Weiss)在讲课时与学生探讨用迈克尔逊干涉仪原理设计引力波激光干涉仪探测方案。韦斯首先认识到需要制造千米级的干涉仪才有可能，同时确定了外来噪声的主要来源，并在1972年一份未发表的报告中阐明了如何处理这些噪声，这份报告成为LIGO（Laser interferometer gravitational-wave observatory）项目的基础。随后加州理工的索恩(Kip Thorne)加入其中，还有针对性的提出LIGO的探测目标：成对的、旋转的中子星或黑洞作为引力波来源，并指导创建大型数字模拟对比目录。1994年LIGO项目受阻，美国国家科学基金会甚至考虑将其取消，这是巴里什（Barry Barish）接手了项目的领导工作，并扩大了LIGO项目的合作，起到了关键性的作用。共有1000余名科研工作者为LIGO项目的成功做出各自贡献。

经过升级，advanced LIGO从2015年9月份开始运行观测。在2015年9月14日，国际标准时间9：51（北京时间17：51）,两座分别位于美国华盛顿州和路易斯安那州的相距约3000km的LIGO探测器探测到了双黑洞合并的信号。这两个黑洞质量分别为29个和36个太阳质量，合并过程中有相当于3倍太阳质量的能量被以引力波形式释放出去。正如发布会上LIGO项目执行主管David Reitze所说：“今天，我们开启了引力波天文学的崭新时代。”随后LIGO又陆续公布几例典型黑洞并和信号。

2017年10月16日，全球多国多地天文台、望远镜同步举行新闻发布会，宣布人类第一次直接探测到命名为GW20170817来自双中子星合并的引力波，并同时探测到这一事件发出的电磁信号，宣告人类多信使天文观测时代的到来……

相关专题： 2017年诺贝尔奖
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