商品详情
书名:聆听宇宙的声音
定价:49.0
ISBN:9787030583093
作者:未来论坛
版次:1
出版时间:2018-08
内容提要:
无
目录:
目录
**篇 *后一块缺失的“拼图”——引力波 1
引力波及其探测 Rainer Weiss 3
引力波理论与未来 Kip Stephen Thorne 20
第二篇 宇宙的“暗黑力量”与奇异系外行星 31
寻找暗物质 季向东 33
非同寻常的系外行星 赖东44
暗物质、太阳系和恐龙灭绝 毛淑德 54
科学对话 毛淑德、季向东、赖东 64
第三篇 在科幻中遇见科学 71
从《星际迷航》到奇点临近——在科幻中遇见科学 黄晓庆 73
第四篇 解密引力波 81
时空震颤的涟漪陈雁北 83
引力波探测的数据分析曹军威 94
科学对话 丁洪、张双南、曹军威、陈雁北、朱宗宏 99
第五篇 探索神秘的系外 105
系外行星和系外生命搜寻毛淑德 107
星际穿越的科学问题 张双南 131
后记 147
在线试读:
**篇 *后一块缺失的“拼图”——引力波
2015年9月14日,宇宙中的引力波首次被人类探测到。这个引力波信号来自两个遥远黑洞之间的碰撞,在宇宙中运行13亿年之后才*终抵达地球,并被美国的LIGO探测器检测到。当这一信号抵达地球时,其强度极其微弱,但它的发现已经掀起了一场物理学界的全新变革,并轰动了整个世界。
美国实验物理学家,以宇宙微波背景辐射光谱的开创性测量而闻名。发明了单片硅探测器和激光干涉引力波探测器,并且是COBE(微波背景)项目和LIGO(引力波探测)项目的联合创始人与优秀领导者。
引力波及其探测
我们两个人会把这个单一的主题分成两个主题去讲,我主要是给大家讲一下引力波的概念和基础以及我们是如何进行引力波的探测的。我在演讲中会给大家先展现一下我们近期对引力波发现的过程,然后Kip给大家讲一下理论,来描述未来以及总体的概况。
首先想给大家讲一下爱因斯坦在引力这方面的一些贡献,尤其是相对于牛顿理论的不同,后者大家可能已经在学校里学过相关的知识了。我们可以看一下,牛顿的万有引力也就是大家所学习到的引力,就是两个物体之间会有引力,引力和它们的质量成比例,但会随它们本文内容来自Rainer Weiss的英文现场演讲,由北京师范大学的张帆团队翻译与整理。之间距离的增大而减小。这个在物理学历史上非常重要的定律被一个非常复杂的概念或者叫一个理论所代替,大家在逐渐学习后会对这个理论有所了解,所以我们要先看一下牛顿理论中有哪一些是不对的。在爱因斯坦看来,错在两点:**是在高速运动的大质量天体周围牛顿引力是不足够的,我们能够在牛顿的理论中找到这些非常小的误差,例如,著名的水星进动问题。
第二是牛顿引力里面引力不是以有限速度传播的,像其他信息一样,在1905年的狭义相对论中提到,引力的传播速度是不能超过光速的。在牛顿的理论中是没有这个限制的,当然在这里不给大家解释这个等式了,因为这不是我今天讲的主要内容。但是我们可以让大家了解一下里面的内容,这张图能够帮助大家理解这样一个理论。
大家能够看到有这样一个网格,这个网格是以二维的形式展现出来的。同时我们能够看到,网格之间进行了非常好的编织,中间的是太阳,太阳出现的时候我们能够看到在这个网格中的一些直线变成曲线,也就说明出现了空间的扭曲。在旁边我们能够看到地球,地球所带来的空间的扭曲是比较小的,我们知道如果在所有的这些线中放一个钟表,大家就能够发现以下几点。首先你能够看到在远处,也就是它还是保持非常好的方格的时候,那里的钟表记录的时间都是一样的;但是如果钟表放到了扭曲的空间中,它就会走得更慢一些。所以爱因斯坦在这个地方就有了关于引力的一个见解,质量会带来周围空间的一个扭曲,同时也会对时间带来一定的扭曲。所以这个理论就是告诉我们时空的扭曲取代所谓引力主导在其上物体的运动。所以这就是为什么我希望大家通过这个方式去理解爱因斯坦的理论。
接下来给大家讲一下什么是引力波。这个理论中引力波的概念是这样的,就是我们能够看到引力波的来源是因为有加速运动的物体,而且我们能够看到这些加速运动的物体能够产生引力波,但同时它又与电磁波不同,电磁波是加速运动的电荷产生的。爱因斯坦当时的理论就是这样产生的引力波会以光速进行传播,而且在这里发出的波是横波。有一个波,然后还有很多物体,波在传输的过程中是传向你或者是传向屏幕里的一个方向,这就能够帮助大家了解引力波产生的效果。如果说大家站在*中间,我们看到在这个地方有两个点。**,我们能够了解到,在一个方向上进行拉伸的时候,在另一个方向上也能够觉察到对应的压缩。第二,我们要分析一下才能够知道,就是当我们站在这里的时候,我们身边的这两个点的移动范围并不是那么大,离我们越远的点移动的范围就会越大。一个图景可以告诉我们引力波怎么样来改变物体之间的距离,随着本身空间的运动,我们会发现位置发生改变,而变化大小与原本物体间距离成正比。这就是我们要谈到的一个应变。
如果要以*简单的方式来检测到是否有引力波的存在,大家会怎么做呢?我结合一个模型给大家做一些解释,我们测量一个来自上方的引力波的时候,会用这样的一张图,左手边有一个激光的发射器,发射激光,然后有一个分光器,也就是把光线做一个分割,激光照射到分光器上面就会产生一个分割,有一部分激光会照到左边的镜子,有一部分激光会照到右上方的镜子。我们会发现光传播的时候会有一定时间,就是光从我们的分光器照到一面镜子和另外一面镜子都是需要一定时间的。我们会发现一个非常有趣的现象,这里面的曲线是光里的电场曲线,它通过镜子的反射返回来了,这边的镜子也是一样的,这是它的一个路径。如果两条路径上的光程是一样的,接收器就没有信号。如果两边的光走的路程不一样,光电接收器上就有信号显示。这就是用一种非常原始的方式来解释一下引力波能带来一个什么样的效果,我们怎么样来测量引力波。
但是随后Kip跳了出来,说事情不是这么简单。我们展示起来比较简单,但是研究起来比较复杂。我们有一个公式,就是我们讲的应变,是一直在变化的应变,Kip Thorne和他的同事们一起做了非常多的工作,然后他们考虑了非常多的可能的天体引力波源,我们发现一定要保证它的应变是在10.21以下才能够实现引力波的测量。我们现在要来测量一下这个应变。
我们试想一下在4千米这样一个距离上测量引力波,*后我们会
- 科学出版社旗舰店 (微信公众号认证)
- 科学出版社秉承多年来形成的“高层次、高水平、高质量”和“严肃、严密、严格”的优良传统与作风,始终坚持为科技创新服务、为传播与普及科学知识服务、为科学家和广大读者服务的宗旨。
- 扫描二维码,访问我们的微信店铺
- 随时随地的购物、客服咨询、查询订单和物流...