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'''引力波'''
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=='''引力波的预言'''==
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[[Image:牛顿.jpg|right|thumb|艾萨克·牛顿爵士 ]]
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阿尔伯特·爱因斯坦可能是世界上最出名的科学家了。虽然这些荣誉是他应得的，但是爱因斯坦的理论很大一部分是基于其他伟大的科学家，被称为现代物理学之父的艾萨克·牛顿爵士，就是其中之一。
  
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英文：(gravitational wave)，台湾学界称为重力波，英文中有时也写作 gravity wave；但更多场合中，gravity wave是留给地球科学与流体力学中另一种性质迥异的波动。关于万有引力的本质是什么，牛顿认为是一种即时超距作用，不需要传递的“信使”。爱因斯坦则认为是一种跟电磁波一样的波动，称为引力波。引力波是时空曲率的扰动以行进波的形式向外传递。引力辐射是另外一种称呼，指的是这些波从星体或星系中辐射出来的现象。电荷被加速时会发出电磁辐射，同样有质量的物体被加速时就会发出引力辐射，这是广义相对论的一项重要预言。
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牛顿在数学，物理和天文学方面有着许多重要的贡献。但是，他最为人知的贡献是发现了引力学定理。爱因斯坦的许多理论，包括对引力波的预言，都是从牛顿引力学理论中得到灵感的。
  
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引力波的存在而且也真的无所不在，是广义相对论中一项毫不模糊的预言。所有目前相互竞争而且被“认可”的重力理论（认可：与现前可得一切证据能达到相当准确度的相符）所预言的引力辐射特质即各有千秋；而原则上，这些预言有时候和广义相对论所预言的相差甚远。但很不幸地，现在要确认引力辐射的存在性就已相当具有挑战性，更不用说要研究它的细节。
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其中一个最广为人知的故事，是描述有一天，牛顿正坐在一棵苹果树底下思考着宇宙。突然一个苹果从天而降砸到了他的头上。震惊中的牛顿马上意识到发生了什么事。就在这一瞬间，他认识到了引力是怎样将物体拉向地球的。
  
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这个故事可能是虚构的，但它却符合事实。牛顿对自然的观察使他发现了引力定理。他认识到那个将苹果拉向地球的力很可能与使月亮围绕地球转的力是一样的。从而，他认为所有物体之间一定存在一种吸引的力，并称之为引力。
  
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'''引力波的性质'''
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根据他的发现，牛顿注意到所有物体都互相吸引。质量越大，引力越大，但随离开物体距离的增大而减小。他称这就是引力定理。
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引力波以波动形式和有限速度传播的引力场。按照广义相对论，加速运动的质量会产生引力波。引力波的主要性质是：它是横波，在远源处为平面波；有两个独立的偏振态；携带能量；在真空中以光速传播等。引力波携带能量，应可被探测到 。但引力波的强度很弱，而且，物质对引力波的吸收效率极低，直接探测引力波极为困难。曾有人宣称在实验室里探测到了引力波，但未得到公认。天文学家通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在 。例如，双星体系公转、中子星自转、超新星爆发，及理论预言的黑洞的形成、碰撞和捕获物质等过程，都能辐射较强的引力波。我们所预期在地球上可观测到的最强引力波会来自很远且古老的事件，在这事件中大量的能量发生剧烈移动（例子包括两颗中子星的对撞，或两个极重的黑洞对撞）。这样的波动会造成地球上各处相对距离的变动，但这些变动的数量级应该顶多只有10^-21。以 LIGO引力波侦测器的双臂而言，这样的变化小于一颗质子直径的千分之一。这样的案例应该可以指引出为什么侦测引力波是十分困难的。
 
  
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'''引力波的侦测'''
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在他的引力学理论中，牛顿结合了另外三位伟大的科学家哥白尼(1473-1543)，开普勒(1571-1630)，伽利略(1564-1642)的理论。牛顿的理论解决了许多他那个时期的难题，包括潮汐产生的原因，地球和月亮的运动，以及彗星的轨道问题。
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虽然引力辐射并未被清清楚楚地“直接”测到，然而已有显著的“间接”证据支持它的存在。最著名的是对于脉冲星（或称波霎）双星系统PSR1913+16的观测。这系统被认为具有两颗中子星，以极其紧密而快速的模式互相环绕对方。其并且呈现了渐进式的旋近(in-spiral)，旋近时率恰好是广义相对论所预期的值。对于这样的观测，最简单(也几乎是广为接受)的解释为：广义相对论一定是对这种系统的重力辐射给出了准确的说明才得以如此。泰勒和赫尔斯因为这些成就共同获得了1993年的诺贝尔物理学奖。
 
  
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1959年，美国马里兰大学教授韦伯发表了证实引力波存在的消息，这引起了世界物理学界一阵狂热的激动。事情是这样的，韦伯等人制造了6台引力波检验器，分别放在不同地点进行长期的检波记载。结果发现在各台检波器上都记录到一种相同的、不规则的“扰动”，并证明它并不是由声学振动、地震、电磁干扰或宇宙线干扰等引起的，因此，他们认为“不能排除这就是引力波”。之后，许多国家的科学家采用各种方法企图证实宇宙深处的同样“来客”，但终未得到肯定的结果，于是激动之余，人们便只能叹息罢了。
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虽然牛顿的理论解释了什么是引力，但是，在随后的300年中，引力产生的原因仍然是个谜。
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=='''探测引力波'''==
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引力波存在的间接证据
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[[Image:Arecibo_Observatory_=_the_main_collecting_dish_is_305_m_in_diameter.jpg|thumb|180px|阿雷西博射电望远镜全景照片]]
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引力波存在的最初证据来自于 1974 年 Arecibo 观测站的天文学家们对沿轨道互绕对方运行的两个星体的观测结果。研究人员在对这些星体进行了多年的观测后，发现星体绕对方运行的周期在慢慢地减短。
  
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射电天文学的蓬勃发展为物理学家们新的探测途径。射电望远镜的探测本领比光学望远镜强得多，美国天文物理学家泰勒等人在1974年，靠着射电望远镜发现了一个双星体系——脉冲射电源（PSR1913+16）。按照广义相对论计算，双星互相绕转发出引力辐射，们的轨道周期就会因此而变短，（PSR1913+16）的变化率为-2.6*10^ -12。而在1980年，他们也是采用精密的射电仪器，由实验行到观察值为-（3.2±0.01×10 ^-12,与理论计算值在误差范围内正好符合。这可以说是引力波的第一个定量证据。上述消息传开，引起物理学界的极大震动。科学家们信心倍增，为欢迎引力辐射这位宇宙“娇客”将开展更为广泛的探索研究。因为对引力波的探测不仅可以进一步验证广义相对论的正确性，而且将为人类展现出一幅全新的物质世界图景，茫茫宇宙，只要有物质，到处有引力辐射。
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科学家小约塞夫·泰勒和拉赛尔·赫尔斯猜测双星运行周期的变化是由于引力波的产生导致了能量的损失。他们用数学方法得的双星运行周期的变化量正好符合天文学家们的观测结果。1993 年泰勒和赫尔斯因此而获得了诺贝尔物理学奖。
  
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'''［引力波激光干涉仪］'''
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赫尔斯和泰勒的获奖工作来源于在世界上最大的射电望远镜所探测到的无线电信号。该望远镜位于 Puerto Rico 的 Arecibo 观测所。
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=='''数据分析'''==
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电脑是如何分析数据的？
  
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两个 LIGO 探测器和 GEO 600，分别进行各自的数据采集。为了从所有这些海量的数据中找出引力波信号，需要将数据分成可以被个人计算机处理的小集合。
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每台计算机总是取得特定时间段特定天空区域的数据，同时被发送到计算机的还有科学家们假想的相应区域的脉冲星信号模型。一般认为脉冲星信号应该是下图所示的正弦波。
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<BR>[[Image:EAH数据分析图.gif|thumb|数据分析]]
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正弦波是方程 y=sin(x) 的曲线图。一个正弦波有固定的振幅（从波峰顶部到中心线的距离）和波长（波峰的间距）。
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如上图所示的周期性的波，称之为周期波。除了振幅和波长，周期波有其固有的频率。波的频率是在一秒钟内波的前进方向上完整波长的个数。引力波信号看起来象正弦波，但随信号源不同具有不同的频率。
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每台计算机所接收到的数据均是一个复杂的波形，所以计算机首先将数据进行一次傅立叶变换。傅立叶变换类似于一种拼图游戏，在您的面前摆放着由一幅完整的图画分割成的许多小模块，您可以将他们分区域的拼凑成原来完整的图画。傅立叶变换也是这样子的，但是它是依照波形的来分割的，它能将一个完整的波分成许多更小的正弦波，每个小正弦波都具有不同的频率。
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当计算机将信号分成一个个不同频率的正弦波后，计算机就会将脉冲星信号模型与通过傅立叶变换所得到的正弦波进行比较。如果匹配，您的计算机就会向中心服务器发回一个消息，那么这个数据将被分配给另外两台计算机分析，如果这三台计算机的分析结果相同，研究人员就会对这个数据进行更深一步的分析，看看信号到底是由引力波产生的还是由局部干扰引起的。当然，他们会通过与其它观测站的数据进行比较以确定是否是局部干扰。
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如果您的分析结果与模型不匹配，您的计算机也会向中心服务器发回一个消息，那么这个数据将再分配给至少一台计算机分析，如果还是不匹配，那么这个数据将不会再被分析了。
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这个分析需要大量的计算机进行处理，这就是为什么我们急切地需要您的帮助的原因！
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=='''LIGO 和 GEO 600 探测器'''==
 
LIGO 和 GEO 600是用来测量引力波即时空结构中的波动的工具。引力波非常难以测量，因为当他们到达地球的时候已经变得非常弱了。
 
LIGO 和 GEO 600是用来测量引力波即时空结构中的波动的工具。引力波非常难以测量，因为当他们到达地球的时候已经变得非常弱了。
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LIGO 和 GEO 600通过测量两条激光束相遇的时候所形成的干涉图样的变化来探测引力波。这些图样依赖于激光束的传播距离，当引力波穿过时激光束的传播距离会相应变化。
 
LIGO 和 GEO 600通过测量两条激光束相遇的时候所形成的干涉图样的变化来探测引力波。这些图样依赖于激光束的传播距离，当引力波穿过时激光束的传播距离会相应变化。
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这种称之为激光干涉计的探测器的灵敏度，是与激光传播的距离成比例的。因为探测器需要寻找的是很微弱的信号，所以需要 LIGO 和 GEO 的尺寸相当大。
 
这种称之为激光干涉计的探测器的灵敏度，是与激光传播的距离成比例的。因为探测器需要寻找的是很微弱的信号，所以需要 LIGO 和 GEO 的尺寸相当大。
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引力波观测激光干涉仪 (LIGO)
 
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位于美国的 LIGO 观测所拥有两套干涉仪，一套安放在路易斯安娜州的李文斯顿，另一套在华盛顿州的汉福。在李文斯顿的干涉仪有一对封闭在 1.2 米直径的真空管中的 4 公里长的臂，而在汉福的干涉仪则稍小，只有一对 2 公里长的臂。
 
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这二套 LIGO 干涉仪在一起工作构成一个观测所。这是因为激光强度的微小变化、微弱地震和其它干扰都可能看起来像引力波信号，如果是此类干扰信号，其记录将只出现在一台干涉仪中，而真正的引力波信号则会被两台干涉仪同时记录。所以，科学家可以对二个地点所记录的数据进行比较得知哪个信号是噪声。
 
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LIGO 从 2003 年开始收集数据。它是目前全世界最大的、灵敏度最高的引力波探测所。一系列的升级计划将更进一步提高其灵敏度。 (来源激光之家 http://www.laserhome.cn)
 

2008年6月22日 (日) 10:53的版本

引力波的预言

文件:牛顿.jpg
艾萨克·牛顿爵士

阿尔伯特·爱因斯坦可能是世界上最出名的科学家了。虽然这些荣誉是他应得的，但是爱因斯坦的理论很大一部分是基于其他伟大的科学家，被称为现代物理学之父的艾萨克·牛顿爵士，就是其中之一。

牛顿在数学，物理和天文学方面有着许多重要的贡献。但是，他最为人知的贡献是发现了引力学定理。爱因斯坦的许多理论，包括对引力波的预言，都是从牛顿引力学理论中得到灵感的。

其中一个最广为人知的故事，是描述有一天，牛顿正坐在一棵苹果树底下思考着宇宙。突然一个苹果从天而降砸到了他的头上。震惊中的牛顿马上意识到发生了什么事。就在这一瞬间，他认识到了引力是怎样将物体拉向地球的。

这个故事可能是虚构的，但它却符合事实。牛顿对自然的观察使他发现了引力定理。他认识到那个将苹果拉向地球的力很可能与使月亮围绕地球转的力是一样的。从而，他认为所有物体之间一定存在一种吸引的力，并称之为引力。

根据他的发现，牛顿注意到所有物体都互相吸引。质量越大，引力越大，但随离开物体距离的增大而减小。他称这就是引力定理。

在他的引力学理论中，牛顿结合了另外三位伟大的科学家哥白尼(1473-1543)，开普勒(1571-1630)，伽利略(1564-1642)的理论。牛顿的理论解决了许多他那个时期的难题，包括潮汐产生的原因，地球和月亮的运动，以及彗星的轨道问题。

虽然牛顿的理论解释了什么是引力，但是，在随后的300年中，引力产生的原因仍然是个谜。

探测引力波

引力波存在的间接证据

阿雷西博射电望远镜全景照片

引力波存在的最初证据来自于 1974 年 Arecibo 观测站的天文学家们对沿轨道互绕对方运行的两个星体的观测结果。研究人员在对这些星体进行了多年的观测后，发现星体绕对方运行的周期在慢慢地减短。

科学家小约塞夫·泰勒和拉赛尔·赫尔斯猜测双星运行周期的变化是由于引力波的产生导致了能量的损失。他们用数学方法得的双星运行周期的变化量正好符合天文学家们的观测结果。1993 年泰勒和赫尔斯因此而获得了诺贝尔物理学奖。

赫尔斯和泰勒的获奖工作来源于在世界上最大的射电望远镜所探测到的无线电信号。该望远镜位于 Puerto Rico 的 Arecibo 观测所。

数据分析

电脑是如何分析数据的？

两个 LIGO 探测器和 GEO 600，分别进行各自的数据采集。为了从所有这些海量的数据中找出引力波信号，需要将数据分成可以被个人计算机处理的小集合。

每台计算机总是取得特定时间段特定天空区域的数据，同时被发送到计算机的还有科学家们假想的相应区域的脉冲星信号模型。一般认为脉冲星信号应该是下图所示的正弦波。


创建缩略图出错：文件丢失
数据分析

正弦波是方程 y=sin(x) 的曲线图。一个正弦波有固定的振幅（从波峰顶部到中心线的距离）和波长（波峰的间距）。

如上图所示的周期性的波，称之为周期波。除了振幅和波长，周期波有其固有的频率。波的频率是在一秒钟内波的前进方向上完整波长的个数。引力波信号看起来象正弦波，但随信号源不同具有不同的频率。

每台计算机所接收到的数据均是一个复杂的波形，所以计算机首先将数据进行一次傅立叶变换。傅立叶变换类似于一种拼图游戏，在您的面前摆放着由一幅完整的图画分割成的许多小模块，您可以将他们分区域的拼凑成原来完整的图画。傅立叶变换也是这样子的，但是它是依照波形的来分割的，它能将一个完整的波分成许多更小的正弦波，每个小正弦波都具有不同的频率。

当计算机将信号分成一个个不同频率的正弦波后，计算机就会将脉冲星信号模型与通过傅立叶变换所得到的正弦波进行比较。如果匹配，您的计算机就会向中心服务器发回一个消息，那么这个数据将被分配给另外两台计算机分析，如果这三台计算机的分析结果相同，研究人员就会对这个数据进行更深一步的分析，看看信号到底是由引力波产生的还是由局部干扰引起的。当然，他们会通过与其它观测站的数据进行比较以确定是否是局部干扰。

如果您的分析结果与模型不匹配，您的计算机也会向中心服务器发回一个消息，那么这个数据将再分配给至少一台计算机分析，如果还是不匹配，那么这个数据将不会再被分析了。

这个分析需要大量的计算机进行处理，这就是为什么我们急切地需要您的帮助的原因！

LIGO 和 GEO 600 探测器

LIGO 和 GEO 600是用来测量引力波即时空结构中的波动的工具。引力波非常难以测量，因为当他们到达地球的时候已经变得非常弱了。

LIGO 和 GEO 600通过测量两条激光束相遇的时候所形成的干涉图样的变化来探测引力波。这些图样依赖于激光束的传播距离，当引力波穿过时激光束的传播距离会相应变化。

这种称之为激光干涉计的探测器的灵敏度，是与激光传播的距离成比例的。因为探测器需要寻找的是很微弱的信号，所以需要 LIGO 和 GEO 的尺寸相当大。

取自“http://www.equn.com/w/index.php?title=Einstein@Home:项目背景&oldid=764”