激光引力探测器的工作原理与什么相似

网上有关“激光引力探测器的工作原理与什么相似”话题很是火热，小编也是针对激光引力探测器的工作原理与什么相似寻找了一些与之相关的一些信息进行分析，如果能碰巧解决你现在面临的问题，希望能够帮助到您。

引力波的存在是爱因斯坦在广义相对论中提出的一个重要预言，引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。经过近半个世纪的艰苦努力，随着几个大型激光干涉仪引力波探测器在21世纪初的出现并于近几年达到前所未有的灵敏度，引力波探测进入了一个崭新的时代。人类有望在第二代地基激光干涉仪引力波探测器开始科学运行(约2015年)之后的几年内，不仅可以直接探测到引力波，更将打开一扇观测宇宙的新窗口。引力波探测也将成为继电磁辐射、宇宙线和中微子之后，人类探索宇宙奥秘的又一重要手段。介绍了激光干涉仪引力波探测器的性能和工作原理，详细分析了其关键部件，如：迈克尔孙干涉仪、法布里–珀罗腔、功率循环系统、激光器、清模器、倒摆、单体几何反弹簧过滤器、真空系统等的结构、性能和工艺特点，展望了其广阔的发展前景。

爱因斯坦的广义相对论是20世纪人类在自然科学领域所取得的最辉煌的成就之一。它深刻地揭示了力学的本质，开创了近代物理学研究的新纪元。

引力波的探测是当代物理学重要的前沿领域之一。引力波的探测不仅对检验近代物理学的基础——广义相对论，揭示其丰富的非线性效应有着重要意义，而且为探讨引力场的量子化和大统一模型，研究宇宙起源和演化提供了新途径。

引力波的理论研究和实验探测的发展催生了一门新兴的交叉学科——引力波天文学

。由于引力辐射独特的物理机制和特性，使得引力波天文学研究范围更广，能够提供其

他天文观测方法不可能获得的信息，加深人们对宇宙中天体结构的认识。它以全新的手段和理念探寻宇宙中未知的质量体系，是继以电磁辐射(如可见光、红外线、紫外线、X射线、伽玛射线和射电)为探测手段的传统天文学之后，人类观测宇宙的一个新窗口。

随着理论研究的深入和实验技术的进步，人类对引力波的探测终于在广义相对论发表半个世纪之后开展起来。

但是，由于引力波信号非常弱，各种噪声非常强，迄今为止还没有

被直接探测到。引力波探测仍然是21世纪最具挑战性的物理学难题之一。

引力波存在的间接证据来自于射电脉冲双星的观测。1974年美国物理学家泰勒(Tay-lor)和休尔斯(Hulse)利用位于波多黎各的Arecibo射电天文望远镜，发现了中子双星PSR1913+16[6]

。随后通过长达14年的连续观测，他们的研究小组发现两颗子星在绕其

质心公转时，其轨道的半长轴逐渐变小，周期逐渐变短。根据广义相对论，由两个质量组成的体系，当两个质量绕其质心转动时，由于质量四极矩发生变化会产生引力辐射；辐射出的引力波带走能量使系统的总能量减小，从而使轨道的半长轴变小，周期变短。目前，对这一系统超过30年的监测显示，其轨道周期衰减率为广义相对论所预言的由于引力辐射引起的周期衰减率的0.997±0.002倍

。这是迄今为止人类对广义相对论最完美的检验，进一步

巩固了广义相对论在引力物理学中的地位，使人们看到了在宇宙中直接探测引力波的希望。泰勒和休尔斯也因此荣获1993年诺贝尔物理学奖。

20世纪60年代，美国物理学家韦伯(Weber)领导的研究小组建成了世界上第一个引力波探测器——共振棒，将引力波从纯理论研究带入了可以进行实验探测的时代[11,12]

。随后在

全世界掀起了引力波探测的热潮，几年之内就有10多台共振棒引力波探测器建成运转，中

国科学院高能物理研究所和中山大学也加入了这个行列。由于当时达到的灵敏度较低

(h≈10?15?10?17)，探测频带很窄(约为几赫兹)，这些尝试都没能取得成功。到了20世纪90年代，几乎所有的共振棒都关闭了。韦伯的实验虽然没有得到预期的结果，但他仍不愧为一代物理学大师，他所开创的引力波直接探测的研究一直延续下来，发明的共振棒引力波探测器也一直在改进、升级和应用[18–21]

，成为目前的主流引力波探测器(激光干涉仪引力波探

测器)的补充和辅助。

用干涉仪探测引力波的想法是前苏联科学家哥森史特因(Gertsenshtein)和普斯托瓦伊特(Pustovoit)在1963年最先提出来的。美国麻省理工学院教授韦思(Weiss)也独立地提出这个观点，并在1971年对激光干涉仪进行了广泛深入的研究和设计，考虑了几乎所有的关键部件，辨认出主要噪声源并全面论述了控制这些噪声的方法。韦思的工作标志着激光干涉仪引力波探测器设计原型的诞生。到了20世纪80年代，若干小型样机陆续建成，并用它们做了大量基础研究，取得了宝贵的经验。20世纪90年代，一些大型激光干涉仪引力波探

测器在世界各地开始筹建，迅速掀起了引力波探测的新高潮。到了21世纪初，几台千米级的激光干涉仪引力波探测器相继建成并投入运转。它们是美国的LIGO(LaserInterferometerGravitational-waveObservatory)

，包括位于利文斯顿(Livingston)的一个臂长为4km和

var cpro_psid ="u2572954"; var cpro_pswidth =966; var cpro_psheight =120;

350天文学进展32卷

位于汉福德(Hanford)的两个臂长分别为4km和2km的干涉仪；位于意大利比萨(Pisa)附近，由意大利和法国联合建造的臂长为3km的Virgo[29]

；位于德国汉诺威(Hannover)，由

英国和德国联合建造的臂长为600m的GEO600[30]

；位于东京日本国立天文台臂长为300m

的TAMA300

。澳大利亚也在积极筹建南半球唯一的干涉仪AIGO，设计臂长为4k

这台干涉仪的联网运行将大大提高引力波源的定位精度，具有非常重大的科学价值。目前第一代激光干涉仪引力波探测器的灵敏度是10?22，达到了当初的设计目标，频带宽度为几十赫兹到几千赫兹

。由于探测灵敏度高，频带宽度大，激光干涉仪引力波探测器具有广阔的

发展前景。它的出现开辟了引力波探测的新时代，给引力波探测带来了新的希望。

引力波探测和激光干涉仪引力波探测器的蓬勃发展也引起了中国科学家的强烈关注，很多国内大学和科研机构都已开展相关研究，并积极参与国际交流与合作。

本文为系列文章中的第一篇，主要介绍激光干涉仪引力波探测器的工作原理和相关噪声，详细分析了其关键部件，如：迈克尔孙干涉仪、法布里–珀罗腔、功率循环系统、激光器、清模器、倒摆、单体几何反弹簧过滤器、真空系统等的结构、性能和工艺特点，展望了其广阔的发展前景。我们将在后续文章中详细讨论引力波探测的天文学意义，相关噪声源的分析以及引力波数据处理等问题。

2激光干涉仪引力波探测器简介

原则上讲，激光干涉仪引力波探测器是一台“变异”的迈克尔孙干涉仪，其相互垂直的两臂各有一个法布里–珀罗腔，并带有功率循环镜。本节我们暂不考虑法布里–珀罗腔和循环镜的作用，只把它们等效为单个镜子。从激光器发出的一束单色的频率稳定的激光，在分光镜上被分为强度相等的两束，一束经反射进入干涉仪的臂，另一束透过分光镜进入与其垂直的另一臂。经臂末端镜子反射，两束光折回并在分光镜上相遇，产生干涉

为什么很多人认为物理研究已接近极限？

重力产生的原因如下：

重力是由质量所产生的引力。根据广义相对论理论，质量把周围的四维时空弯曲，这就导致其他物体沿着曲线运动，产生引力。

这个理论预测了黑洞、引力波，成功地描述了重力场中天体的运动和引力透镜效应等现象。在牛顿的经典力学中，重力也可以被描述为两个物体间的引力作用力，其大小与质量、距离有关。

在物理学上，万有引力是指具物体之间加速靠近的趋势。

地球的吸引作用使附近的物体向地面下落。万有引力是太阳系等星系存在的原因；没有万有引力天体将无法相互吸引形成天体系统。

万有引力同时也使地球和其他天体按照它们自身的轨道围绕太阳运转，月球按照自身的轨道围绕地球运转，形成潮汐，以及其他我们所观察到的各种各样的自然现象。万有引力是使物体获得重量的因素。

重力简介：

物体由于地球的吸引而受到的力叫重力（Gravity）。重力的施力物体是地球。

重力的方向总是竖直向下。物体受到的重力的大小跟物体的质量成正比，计算公式是：G=mg，g为比例系数，大小约为9.8N/kg，重力随着纬度大小改变而改变，质量为1kg的物体受到的重力为9.8N。重力作用在物体上的作用点叫重心。

重力大小可以用测力计测量，静止或匀速直线运动的物体对测力计的拉力或压力的大小等于重力的大小。

地面物体所受的重力只是万有引力的在地球表面附近的一种表现。

物体的各个部分都受重力的作用。但是，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用都集中于一点，这个点就是重力的等效作用点，叫做物体的重心（center of gravity）。

物理学研究已经到极限了吗？答案是近似极限但是又不是极限，准确来说应该是到一个瓶颈了。甚至到了一个自我否定自我怀疑的阶段。“波粒二象性”、“测不准原理”、“薛定谔猫”，很多听着玄乎讲起来也很玄乎的物理原理和假想实验。

如今物理学的成就都有哪些呢？归纳粒子与波的不可分割的“波粒二象性”、定量表示质量与能量转化的质能方程、两个有质量物体之间的万有引力定律、磁单极子、反物质、引力波、超导体等等。从现有的物理成就中其实我们可以发现这些成就基本只是现象级的成就，也就是把看到的归纳总结以后的结果。但是当今的物理成就解决的也只是些应用的问题。对于一些根本性问题如“时间是什么？”“空间是什么？”“质量是什么？”“万有引力是否存在？”“地磁场是如何形成的？”“地球是怎么形成的？”“宇宙是怎么产生的？”这些问题物理学却都给不出令人幸福的解释和答案。

把物理比作俄罗斯套娃，如今的物理最多不过是打开了套娃的最外一层而已。套娃里边还有着更多层套娃等待人类去打开、去探索？所以其实物理学还有很多很多问题需要去解决，最关键的就是现在的物理学遇到了瓶颈－现在的技术条件很难解决的瓶颈。搞不懂甚至无法证明宇宙地球怎么形成的，甚至人类怎么产生的，地球内部又是什么样的，有没有组成其他所有物质的最根本粒子。

作者：梦归秦淮（一个最会写字擅长P图的历史教师 ?公众号：史觉一梦）

关于“激光引力探测器的工作原理与什么相似”这个话题的介绍，今天小编就给大家分享完了，如果对你有所帮助请保持对本站的关注！