Einstein@Home:专家问答

LIGO

我们怎么知道 LIGO 一臂的长度是精确的 4 km(左右)？

实际上，干涉仪测量的是两臂长度之差。在无引力波时，它们并不都是精确的 4km 长，但那完全不影响仪器的灵敏度。

引力波观测激光干涉仪(LIGO)甚至并不真正测量两臂的长度差及其变化，它关心的是一些时间尺度上的变化。比如说，如果你以 100 Hz(周期每秒)的频率振动，像大多数脉冲星一样，它将对此特殊的振动颇为灵敏。如果你以 10 Hz 或 10,000 Hz 的频率振动，它将没那么灵敏。

为什么？

对于过高的频率，你会发现光的波动将淹没你对引力波的灵敏度。这是基本的量子波动，一般对于所有频率都是同样程度的小。但是 LIGO 的结构使得信号通过几面“镜子”产生反馈，使得高频更加难以分辨，这是为使 100 Hz 附近的信号清晰而付出的代价。

对于低的频率，所有信号都被地震噪音(来自于几百英里外的地震、车辆、脚步、海浪撞击海岸线等等的各种噪音，或者随便什么东西)淹没掉了。这很需要装上各种各样的隔离装置。它们都安放好了，而且他们的效果难以置信的好(LIGO 把钱都花在这个刀刃上了)。但当频率降低至 10 Hz 时，来自地球的噪音太大了，怎么也隔离不了；因而就有了 LISA 的计划(一个基于外太空的 LIGO)。

我知道，科学家们相信可以侦测到的引力波都来自于超大质量的物体，譬如双星系统、脉冲星及超新星等。Einstein@Home 所寻找的引力波是来源于这些波源中的某一种吗？

引力波观测激光干涉仪(LIGO)正实现对那些波源(及更多波源)的搜索，但 Einstein@Home 正在进行的是“全天脉冲星搜索”，正如你在每一个 WU(Work Unit)的页面上方所看见的。这并不是寻找你在屏幕保护上所能看得到位置的已知的脉冲星。这是对天空的一次系统的搜索，目标是从某方向来的周期性的引力波，每次只分析一个方向。每一个方向都须这样做，因为地球的运动使得频率偏移(多普勒偏移)对于天空的每一个方向都是不同的。此外还有脉冲双星的额外多普勒偏移(由于它们的轨道运动)，不过现版本的 Einstein@Home 程序仅仅寻找孤立的脉冲星。

你的 CPU 大多数时候都在做一些基于傅里叶变换的计算。傅里叶变换是一种将时域序列看成是不同频率的级数和(即频域序列)的方法。。当多普勒偏移去除后，脉冲星的信号应当近乎是正弦曲线的样子，所以傅里叶变换可以很容易的去除多普勒效应。傅里叶变换在数字计算上颇为有效，但在全天搜索中傅里叶变换的使用多得让人头皮发麻。这就是为什么 Einstein@Home 用于做这项搜寻工作，而不是像对已知的脉冲星的搜寻，那在一部电脑上就可以很快完成。

以后 Einstein@Home 可能会做点其它的搜索，但对于现正进行的搜索是最适合的(至少是现在)达成了共识，因为：(1)这在 CPU 周期里是最为耗费的，因此也是对于你们大家贡献出来的庞大的计算力的最佳使用的地方，及(2)人们很可能会更为激动于寻找一些远比在无线电、X射线等等之中露面了很多年了的脉冲星要新鲜的东西。我还认为(3)我们已经知道一些无线电脉冲星等等的方位，但一个预先不知道的(其无线电脉冲束并不直指地球)可能刚好接近我们，因此形成一个更强的引力波源。对于我们已知的引力波源，我们预定好了我们的长期目标，但我们仍祈求能有一个愉快的惊喜。