城市大小的地下管道40公里长用来探测黑洞?管道

 爱彩彩票二     |      2018-11-02 23:53

  爱彩彩票网为什么科学家们选择了十倍大,而既不是二倍大,也不是二十倍大呢?这也是有科学原因的。太大或者太小都有可能影响激光测试的精度,因为激光尽管速度很快,但测量距离也还是需要时间的。

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  无论是LIGO还是Virgo,引力波探测器都是由两个巨大的L型量臂组成的。每个长臂都是由真空钢管组成,用激光对这两个长臂进行非常精确的长度测量。当引力波掠过这两条长臂时,会引起时空的扭曲。比方说,原本一英里的长度会变得略小,而激光能测出这极其微小的变化,从而发现引力波。

  另外超过40公里的长臂,管道内的污垢也是个问题。在欧洲已经没有这么大的地方了,在美国的话,犹它州的盐湖城或者内华达州的布莱克岩沙漠还有可能。

  当然目前这个4公里长的激光探测器(LIGO)对引力波探测仍然功不可没,2015它第一次探测到了引力波,距离地球13亿光年之外,两个质量不同的黑洞合并而引起时空的膨胀和收缩。这证实了曾经被当成是一种纯理论的,看不见的引力波是广泛存在的。由此LIGO的主要创造者获得了诺贝尔奖。

  4月14日在美国物理学会四月会议上科学家们决定建立一个与可见宇宙外缘相匹配的大型引力波探测器,用来寻找时空结构中的涟漪。什么是时空中的涟漪?爱因斯坦预言,当黑洞等巨大物体碰撞时会就发生涟漪。不过要建造一个城市这么大的引力波探测器并不容易。

  当然科学家们也不会白白渡过这十五到二十年时间。除了LIGO和Virgos现在还有日本的神岗引力波探测器,印度的LIGO-India型探测器,研究人员会有更多的机会来从各个角度研究不同的引力波是由什么引起,从哪里传来的。

  这些问题都促使科学家们开始研究“爱因斯坦望远镜”,这种探测器和LIGO不同,它有三个长臂和多个探测器,形状是三角形,同时只需要占用一个更小的空间,非常适合欧洲这种比较小的地区。

  新的探测器可以把我们的视野扩展到宇宙的尽头,它几乎可以测到每一个合并的双星系统,无论发生碰撞的是恒星、黑洞还是中子星。这意味着我们有可能探测到宇宙早期的黑洞,搞清楚引力的奥秘,甚至有可能第一次探测到超新星坍缩成中子星或黑洞发出的引力波。

  但是想要做出比现在更大十倍的探测器为,除了技术上的问题还有成本的问题,要知道现在的LIGO已经以昂贵著称。成本大约超过了数亿美元。

  因此,科学家们想要建造一个建设规模更大,更精确的大型探测器。或者是另一种类型的,起名为“爱因斯坦望远镜”的引力波探测器。新的探测器对引力波的检测率可以从每几个月测到一次飞跃到每年超过100万次。

  大家可能认为目前的引力波探测器已经很厉害,很灵敏了。但是麻省理工学院的物理学家Matthew Evans认为,它们还差得远,它们只是“可能”探测到引力波。

  估计建成这些巨大的引力波探测器需要15到20年的时间,有许多新技术还在研究中,不过现在已经是时候开始新探测器的建设了。现在已经有八级工作人员在研究这个项目的可行性,预计在2018年的12月,他们能拿出具体报告来。

  也有人质疑是否应该花费如此大的人力物力去建造新的探测器,对此麻省理工学院物理学家Salvatore Vitale认为,在只要再过十几年就能进行一次真实的宇宙探险或者建造“爱因斯坦望远镜”时,去建造一个只有LIGO的二倍大,8公里长臂的探测器,才是不合理的。但是建造十倍大的新LIGO在科学上的难度并不是特别大,除非有什么明显证据能证明,目前只能建造二倍大的LIGO。

  除去成本的原因,LIGO和处女座都足够小,所以不用太考虑地球的曲率。但是如果每只长臂都有40公里的话,要把每一个长臂的末端设在地面上,就意味着真空钢管的中心必须在地下98.43英尺(30米)处(还得假设地面是完全平坦的)。

  不过LIGOT和意大利的另一台激光干涉引力波探测仪Virgo的能力还是极其有限,麻省理工学院物理学家Salvatore Vitale告诉公众,它们只能探测靠地球比较近的天体产生的引力波,而且也只能探测某些类型天体产生的引力波。

  迄今为止,关于引力波,LIGO只得出了两个结果,一个是2015探测到两个黑洞合并,另一个是2017年探测到两颗中子星合并。期间,LIGO还发现了其它黑洞碰撞产生的引力波,但却没能提供更多惊人的科学发现。

  但是这种测量方法很有局限性,大多数引力波引起的变化还要微小,激光都无法测量出来,因此,我们也无法发现。当然我们可以想法提高激光检测的技术,或者在长臂上作出更多的技术改进,但想要放大引力波信号,目前最好的方法就是做出更长的L型臂来。