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凭借真空获得诺贝尔奖- 巨大的真空管帮助证明引力波的存在

一个多世纪前,阿尔伯特·爱因斯坦预言了引力波的存在。但其存在实际到 2015 年才被证明。两公里长的真空管被用作探测器。

就像石头扔进水里在水面上泛起阵阵涟漪一样,引力波会拉伸和压缩空间。这种时空的波动由宇宙大灾难引起,比如爆炸的恒星或碰撞的黑洞。然后,引力波以光速传播。至少这是爱因斯坦在 1915 年提出广义相对论时所预言的内容。

不过,在 2015 年之前,神秘引力波的存在为纯粹的理论假设,因为它们非常难以测量。引力波改变了眨眼间的空间,而且只通过原子直径的一小部分。在预言提出后一百年,两个巨大黑洞的碰撞提供了引力波的直接证据。

凭借真空获得诺贝尔奖- 巨大的真空管帮助证明引力波的存在

数公里长的测量设备

这些引力波在时空中波动了20亿年,直到2015年9月14日,才略微扭曲了地球上的时空形态。在美国两个相距 3000 公里的相同 LIGO 探测器(LIGO = 激光干涉仪引力波天文台) 能够测量这些引力波。

它们分别由两个呈 90 度角的真空管组成。其中一个长两公里,另一个长四公里。在双方相遇的地方,激光束被发射出来,并被分光板一分为二。然后,两半光束分别进入两根管中。能量回收镜确保光多次来回反射,直至抵达分光板,总距离为 1120 公里。如果引力波穿过空间,干涉仪的一个臂会伸展,另一个会收缩。这就导致激光束强度的可测量变化。

真空和测量精准度

为了确保测量设备能完全无故障工作,这些真空管必须处于海平面气压万亿分之一的压力下。为此,这些管子z*初加热 30 天,然后通过高性能真空抽取出剩余的空气。z*后,使用离子泵抽取出剩余的气体分子。在产生的超高真空中,没有空气分子可以使激光束偏转、使镜子振动,也没有可能引起光扩散的尘埃。

2016 年 2 月,经过巨量计算,参与此工作的科学家宣布他们实际上能够测量引力波并证实爱因斯坦的理论。凭借在此项目上的工作,莱纳·魏斯( Rainer Weiss)、巴里·巴里什
(Barry C. Barish) 和基普·索恩(Kip Thorne)获得 2017 年诺贝尔物理学奖。
 

标签: 普旭  

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