又打开了一扇希望的大门

411au

　　是时候向前去打开新世界的大门了天文学家终于开始用耳朵了。

然而目前处于耳背。





现在似乎还剩下希格斯场强度和暗能量这两朵“乌云”…………………………

我们这一代的理论物理学大厦在宏观和微观两方面最主流的基本结构已经搭建完毕

广义相对论预言的最后一块拼图引力波16年被发现

朝闻道，上一个冬天，作为痴迷于相对论和天体的人，这是地球文明睁开双眼去寻找宇宙终极理论的时刻。

如果真的有一天触碰到物理和宇宙的终极理论，这是人类迈向宇宙的新起点，这是天体物理学的新时代，这是时空本身的震动，有空好好填这是广义相对论最后一块拼图，谁也不知道引力波天文学能带来什么。

我无法形容今夜的热血，如果能有朝一日精确定位并且找到电磁波段的对应体就好玩了。更长远一点看其他引力波波段还可以测量或观测到很多其他的在电磁波段很难观测到的现象。事实上又打。这点只能但愿 PTA 和 LISA 早日成功。另外就是每次天文学扩展自己的观测手段都伴随着出乎意料的发展，类似的几十个太阳质量或者更大质量的黑洞并合事件的频率到底有多高？是否能制造出中等质量黑洞？短期内随着 advanced LIGO 逐渐增加干涉仪在地球上的分布，但是第二点更重要。

坑先挖到这里，2. 开辟了天文观测的新窗口。实际上公众比较关心第一点，1. 叕一次验证广义相对论是正确的，重点应该谈意义。

为什么呢？从这次发现直接能衍生出来的问题是，重点应该谈意义。

最重要的意义有两点，另一大波文章正在路上。我很同意很多评论的朋友，最后黑洞形变消失。下半部的红色震荡曲线显示了相应的LIGO观测信号。

如何评价诶，合并产生变形的黑洞，渐进，上图上半部是黑洞合并的过程。绕转，作者也描上了左侧的信号。可以看到两个信号非常一致。说明观测比较可靠。两组观测相差6.9毫秒（因为两组探测器位置相差3000公里）。第二列是理论模型。最后一列是信号的频率随时间的变化。

文章最后说一大波文章已经出来了（因为听说了之前的传言），右侧是路易斯安那州的另一个探测器的观测图样。在右边图中，第一列左侧的图显示了华盛顿州LIGO探测器的引力波观测信号，横轴是时间，过去研究者们有争论是否恒星死亡能够形成这么大的黑洞有争议。这次观测对恒星演化最后阶段的物理给了很强的信息。

图二，作者也描上了左侧的信号。想知道打开。可以看到两个信号非常一致。说明观测比较可靠。两组观测相差6.9毫秒（因为两组探测器位置相差3000公里）。第二列是理论模型。最后一列是信号的频率随时间的变化。



图一，但是因为只观测到一次事件，也就是还没有什么实际意义。

但是有一个很有意思的是这次发现的引力波事件的两个黑洞质量都很大，这个限制比星系团和引力透镜观测的限制稍微松一些（后两者的限制有模型依赖），有自旋的黑洞可以拖曳周围空间回旋）。观测对小黑洞的自旋限制不强。合并后黑洞自旋为0.67.

观测对宇宙中的黑洞合并率也有限制，最大为1.但理论上一般认为最大自旋只能到0.998，但是引力波确实是宇宙中强大的能量事件。

这次观测对引力子(graviton)质量和波长有个下限限制，甚至很难感觉到，这是全宇宙恒星功率和的50倍。所以虽然我们看不见，功率顶峰高达200太阳质量/秒。什么意思呢，其中双黑洞合并的一瞬间只有0.05秒（下图2）。双黑洞合并几乎在一瞬间就将3太阳质量等效的能量以引力波形式发射出去，是银河系大小的倍。

合并前大黑洞的自旋是0.7（自旋标示了黑洞转动的角动量，这个距离差不多是我们到最近星系团室女团距离的二十多倍，光度距离）。比较一下的话，差不多是12亿光年外（红移0.09，距离我们410Mpc（误差+180-160Mpc)，远远在银河系之外，这个显著度意味着年才会生一次由噪声造成的误判。

整个引力波观测过程0.4秒，可以被称作发现。统计上讲，说明有3个太阳质量的能量以引力波的形式放出（误差0.5太阳质量）。探测的可信度是5.1个sigma,按照物理学界惯例，是由一个36太阳质量和一个29太阳质量的黑洞合并发出的。合并后的黑洞质量62太阳质量，可见

这个引力波源，可见

这次观测到的引力波事件，我知道有的同学可能没法下载，关于广义相对论的百年纪念：

我下面简单介绍一下PRL上文章的内容。

本文亦载于专栏

相关科普介绍，我这里提供备用下载地址：

PRL上的引力波探测文章也已经出来了。

LIGO官网上的新闻稿出来了。

两篇经典：下载地址：



Cosmology has entered a precision era. The standard model of cosmology, based on cosmological-constant dark energy and cold dark matter (the ΛCDM model), has withstood many precision tests. Max Tegmarket al. used the power spectrum of galaxies and the cosmic microwave background to greatly constrain cosmological parameters, including the age of the Universe. Sudeep Daset al. were the first to show effects on the cosmic microwave background of gravitational lensing—an Eddington experiment on the scale of the observable Universe.

图片来自

14.Testing the State of the Art in Cosmology

五篇经典：下载地址：

Some modified theories of gravity, such as Brans-Dicke theory, violate the equivalence principle, at least in its most stringent form, due to the Nordvedt effect. This is where the self-energy of a body contributes to its gravitational mass, but not to its inertial mass. This effect becomes important only for very massive bodies, and thus requires astronomical tests, such as the lunar lasing tests of James Williamset al.

General relativity is based on the equivalence principle, which implies that gravitational and inertial masses are the same. Over the years, several groups have tested the equivalence principle to high precision, notably in a recent series of elegant experiments by Eric Adelberger and colleagues.

General relativity predicts that photons going up (down) in a gravitational field are red-shifted (blue-shifted). Robert Pound and Glen Rebka managed to confirm this tiny (1 part in 10^15 ) effect over a drop of only 74 feet. A later test by Robert Vessotet al. verified the shift over a distance of 10,000 km.

Tests of general relativity are notoriously difficult, due to the small size of general relativistic corrections to Newtonian gravity in the weak field limit. Yet, ingenious experiments continue to be devised and performed, which so far confirm the theory.

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13.Testing General Relativity Experimentally

Cosmology on large scales is described by Friedmann-Robertson-Walker spacetime, which describes the evolution of a homogeneous and isotropic Universe. Yet, everything we see, from stars to galaxy clusters, is due to perturbations of this background metric. James Bardeen addressed how these physical perturbations can clearly be disentangled from mathematical artifacts.一篇经典：下载地址：

12.Structure in a Homogeneous Universe

下载地址：

Cosmological inflation, a brief period of exponential growth of the early Universe, was proposed by Alan Guth, and expanded upon by others, to explain some of the puzzling features of observational cosmology (the homogeneity, isotropy, and flatness of the Universe). These papers collectively represent some of the key initial developments of the theory.四篇经典：

图片摘自

11.Birth of Inflationary Cosmology

While the cosmological constant is just a parameter in classical general relativity, in quantum field theories the “constant” becomes dynamical and astronomically large. Steven Weinberg’s now classic review provided the clearest statement of the cosmological constant problem: The small observed bound on the cosmological constant is hard to reconcile with theories of particle physics, which predict it should be many orders of magnitude larger. Today, this problem is central to the puzzle of dark energy.一篇经典：下载地址：

10.Confronting Dark Energy

下载地址：

Only in rare cases can the highly nonlinear equations of general relativity be solved analytically. Many interesting questions in general relativity call for approximations and computational techniques that yield accurate answers when analytic methods are not available. Two seminal successes in answering that call are the Choptuik scaling laws of gravitational collapse and the three papers that revolutionized numerical relativity.四篇经典：

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9.General Relativity on a Computer

五篇经典：下载地址：

General relativity confronted quantum mechanics in the 1970s. The pioneering work of Stephen Hawking showed that quantum fluctuations cause black holes to radiate. Black holes, it was realized, are thermal objects carrying a notion of temperature and entropy. The thermal nature of black holes exposed a remarkable tension between general relativity and quantum mechanics—two pillars of modern physics. Thermal radiation from black holes suggests a loss of information inconsistent with one of the foundational tenets of quantum mechanics, unitary time evolution. The search for a resolution of this tension continues to drive the quest for a consistent quantum theory of gravity.

8.Black Holes Meet Quantum Mechanics

下载地址：

三篇经典：

Two theoretical breakthroughs paved the way for global analyses of spacetime structures without the need for specific solutions of Einstein’s equation. In 1955 Amal Kumar Raychaudhuri introduced evolution equations for curves describing the flow of nearby point particles without making assumptions about the homogeneity, or isotropy of the background spacetime. A few years later Roger Penrose proposed an extremely powerful diagrammatic technique for capturing the global causal structure of any spacetime. These techniques allow the global properties of spacetimes to be gleaned. For example, Penrose was able to show that, rather than being artifacts of specific solutions, spacetime singularities are a generic outcome of gravitational collapse.

图片来自：

7.Looking at the Whole of Spacetime

一篇经典：下载地址：

For over four decades general relativity remained the only theory of gravity compatible with observational data and the weak equivalence principle. This changed in 1961 when Carl Brans and Robert Dicke published a modification of general relativity. The Brans-Dicke theory replaced the inverse Newton’s constant by a field that fluctuates across space and time and has a dimensionless parameter that can be tuned to fit observations. This work showed that general relativity could be embedded into a broader class of models and opened the door to studies of modified theories of gravity. It also allowed for characterization of deviations from general relativity that could be tested observationally.

6.Modifying General Relativity

下载地址：

一篇经典：

Werner Israel proved that Schwarzschild black holes have no “hair”—no distinguishing properties other than their mass. This result was soon extended to the cases of spinning and electrically charged black holes and led to the “no hair theorem”: All black hole solutions of general relativity can be completely characterized by just three externally observable classical parameters mass, electric charge, and angular momentum.

图片摘自

5.Black Hole No Hair Theorem

下载地址：

How stable are black holes? John Wheeler and Tullio Regge pioneered the study of black hole stability by analyzing the response of a spherically symmetric Schwarzschild black hole to small nonspherical perturbations. They concluded the black hole was, “stable against small departures from sphericity. A typical disturbance from the equilibrium configuration will not grow in time but will oscillate around equilibrium.”一篇经典：

图片摘自：

4.Disturbing a Black Hole

下载地址：

In 1963, nearly half a century after Schwarzschild’s spherically symmetric solution to Einstein’s equation, Roy Kerr obtained an exact solution describing cylindrically symmetric black holes. Kerr’s unique solution is characterized by two parameters, the mass and angular momentum, of the black hole. Since astrophysical bodies typically spin, Kerr’s solution was a major step forward in connecting exact general relativity solutions to realistic astrophysical objects.一篇经典：

图片来自

3.Spinning Black Holes

下载地址：

一篇经典：

J. Robert Oppenheimer and Hartland Snyder studied stellar collapse using general relativity along with a model of the star’s neutron core. They concluded that continued gravitational collapse could not be prevented for a large enough core. Rather, the star would continue collapsing, curving spacetime ever more drastically around itself, forming what later would be called a black hole. They concluded that “The star thus tends to close itself off from any communication with a distant observer; only its gravitational field persists.’’ Oppenheimer and Snyder thus proposed a plausible scenario for the formation of black holes as an end result of stellar evolution. It would take another two decades for the concept of black holes to gain widespread acceptance.

图片摘自：

2.Dying Stars and Black Hole Births

下载地址：

两篇经典：

Soon after Albert Einstein published his equation for general relativity, Karl Schwarzschild found a spherically symmetric solution to it, which today is used to describe static black holes. At the center of a Schwarzschild black hole, the curvature becomes infinite. Einstein and Nathan Rosen tried to explain this singularity as a portal to an extended spacetime, leading later to the hypothetical concept of a wormhole. Martin Kruskal eventually showed that the Schwarzschild solution has a smooth horizon and any singularity remains behind it.

图片摘自

1.Black Hole Infinities

上面有各样的子专题和模块，关于广义相对论的百年纪念：

2015——General Relativity’s Centennial

APS Physics上有一个专栏，而且还挺逗的：

彩蛋部分：

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参考资料：

没有人会忘记爱因斯坦的杰作：411au劲舞团。

以上图片都来自

这是来自中国新华社的报道：

在现场向爱因斯坦致敬：

Kip Thorne 在介绍LIGO的历史：

Gaby Gonzalez "We can hear universe!"

这个是New York Times的预热视频：

YouTube上有一个很好地科普引力波的视频，应该不会删我答案了，民科结束，这花了非常多的金币：

好了，不得不改进原有装置，并且有很多噪声的因素存在，shift很小，一种脉冲信号的迹象会被检测到：

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上述资料参考：

经过升级版的LIGO instrument还是可以通过大量的实验检测得到：这是他们今天发布的数据：

即便因为距离太大，recombined的beams就不会再互相抵消（cancel out）：

相对的，到达LIGO detector（探测器），比如双黑洞merging，所以recombined的laser beam完全cancel out。

那么结果就是，所以recombined的laser beam完全cancel out。

当远距离的激发事件（cataclysmic event ）产生的引力波，每述光就会被这样来回bounce，在arm底端上安有镜面，每道都会打到干涉仪的one arm上

因为每支arm是等长的4km，每道都会打到干涉仪的one arm上

然后，上面的各位大牛都普及各种知识了，永远是那么可爱。

单光束split成两道，我只好民科一下LIGO experiment 了：

A single laser beam is split in two, with each beam travelling down one arm of the interferometer

这个实验是这样的：

图片来自

装置草图：

图片来自

为了避免答案被折叠，与人斗与己斗，他总是在质疑和批判，并不顽固。再联想宇宙学常数的修修改改以及与波尔的量子力学原理的论战，但老爱知错就改，但他对referee的态度确实过于傲慢和霸道，自信心十足理所当然，其实老爱那篇文章归根结底是想推翻自己之前的结果，学习。 我们终于可以宣称直接看到引力波了。这距离老爱1916年的文章已经过去整整一百年了。

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图片来自

《Nature》的预热：

左起为：David Reitze, Gaby Gonzalez, Rai Weiss, Kip Thorne

图片来自：

图片来自

图片来自：

Nature官网上面有报道现场的照片：

底部有彩蛋

备用下载地址：

下载地址：

PRL上的文章地址：

主要参考资料：这里有直播：

回过头看，Rosen和Infeld还时不时表态引力波不存在。不过今天，直到战后，争议和质疑是不可避免的。这不，毕竟引力波之前一直没有被直接探测到，后来这个观点依然被证明是错的。哎，他依然坚持平面引力波不存在，奇点就是柱面波，即便看到了原初证明中的错误，到底发生了什么？或许是不甘心，简直是穿越了啊，很可能还一无所知。

我们或许能想象当Rosen看见自己的文章以一个不同的标题和结论出现在一个不同的期刊上的表情，此时他在前苏联，但另一个作者Rosen呢，老爱同志总算意识到自己的错误并且纠正了，这也很可能让他怀疑起自己前面的引力波文章。无论如何，貌似他觉察到什么问题了，他的选择是旋转对称的引力场。他的计算草稿在第11页戛然而止，于是他就试图去找其他类似的线性化不恰当的例子，他认为是线性近似不恰当导致引力波的存在，在最初的文章中，他能淡定的指出错误。

貌似老爱也不完全是经过Robertson提醒才意识到自己的错误的，这个时候老爱已经撤稿了（或者说被拒了）。这就不难解释为什么当Infred跟他提起的时候，他整个1936年的上半年都在Caltech直到8月才回来，但事有凑巧，事实证明这个referee确实是Robertson（见下表第二行）。前面说了Robertson其实是老爱在Princeton的同事，查一查Physical Review的日志记录就清楚了，事情真会这么巧么？

解决这个疑惑其实很简单，后来又转到相对论和宇宙学方面渐渐成为了专家。第三个就是上面说的Robertson，他当时是Caltech的化学物理和数学物理教授，著名的Oppenheimer-Snyder黑洞就是他和学生Snyder手把手算出来的。Tolman名气要小点，对广义相对论不可谓不熟悉，做了很多黑洞方面的研究，当时他还在Berkeley，美国原子弹之父，几年后他成为曼哈顿计划的领导人，不出意外就是Oppenheimer, Tolman和Robertson中的一个。Oppenheimer大家都知道，其实候选人很有限，再考虑到那个时候能对相对论如此熟悉了解，标准的美式英语，洋洋洒洒一共写了10页，但有一个问题不禁要问：谁是那个referee？

那个referee report保留到了今天，也就是说老爱同志的文章真的错了。老爱连忙修改自己的证明，之前时空中的奇点（这其实是个坐标奇点）就是新度规下的柱面波。所以引力波是存在的，在变换后，老爱同志很快也意识到他文章中用到的时空度规可以做个变换，Robertson就是其中一个。

故事到现在已经结束了，已经有越来越多的人理解了并在发展应用相对论，但时间已经到了三十年代，411au劲舞团下载。懂的人确实很少，那是相对论诞生之初，我们知道有个很流行的段子说世界上只有三个半人懂，表示不相信这个结果而且很快指出了他们证明中的一处错误。关于相对论难懂，Infred跟他提起了老爱的新发现。Robertson不愧为专家，呵呵）。当时他刚从Caltech休假回来不久，也就是宇宙学中R-W度规中的R（怎么又是R，老爱摸了一把胡须很是欣慰。

受Robertson的提醒，并且给出了自己的一套证明。孺子可教也，他同意老爱的看法，马上就说，岂能不积极努力表现一把，但这哥们怎么说也是老爱大神的助手，一个德国人和一个意大利人说着他们自认为还是英语的语言着实难为了这位哥们。

Princeton还有一位相对论专家Howard Percy Robertson，但越听越郁闷，Infeld静静的听着他们的讨论，引力波是不存在的。作为一名晚辈，擅长张量分析也做过相对论方面的研究。老爱向他们介绍起自己的新发现， 这是一个意大利数学家，Infeld回忆起第一次见到老爱同志的情形。当时在场的还有Tullio Levi-Civita，10月份新助手Leopold Infeld接替Rosen来到了Princeton。后来在他的自传里，完全不把别人看在眼里。

听着郁闷归郁闷，真是霸气十足，很是不爽。老实说看到这个回复让我有点惊讶，我就把文章投到其他杂志去了。貌似这是老爱同志第一次被referee质疑，要再这样， 竟然还质疑，看了也就罢了， 他回信中写道：

老爱回信的时候Rosen已经去了前苏联，或许还有点生气，我想他一定很吃惊然后不屑，请做出回应。

老爱同志说我没授权你把文章给别人看， 他回信中写道：

P.S. Mr. Rosen, who has left for the Soviet Union, has authorized me to represent him in this matter. "

We (Mr. Rosen and I) had sent you our manuscript for publication and had not authorized you to show it to specialists before it is printed. I see no reason to address the - in any case erroneous - comments of your anonymous expert. On the basis of this incident I prefer to publish the paper elsewhere. respectfully,

“Dear Sir,

翻译成英语就是

虽然我不能从虫洞穿越过去看看老爱同志当时的表情，referee对你的文章结果有质疑，Tate抓住了这个机遇使这个杂志成为物理方面最权威的杂志之一。他担任编辑一直到1950去世。

Tate在给老爱同志的回信中写道，刚好是量子力发展的黄金时期，但据说他37岁（1926年）就当上了这个杂志的编辑，此人我不是很了解，答案当然是“No!”。

当时Physical Review的编辑是John Torrance Tate，设问句的形式，呵呵一笑。不过他给文章起的标题还算低调“Do Gravitational Waves Exist?”，倚天一出谁与争锋，老爱同志心想老夫出马谁敢说不，直接被接受发表了，也就是后来大家更常说的可以做时空旅行的虫洞。前两篇文章都没经过审稿，另一篇是关于Einstein-Rosen bridge，一篇是关于EPR佯谬，前两篇文章也非常出名，投稿时间是1936年6月1日。这是老爱连投给这个杂志的第三篇文章，想尽快纠正先前的错误认识，这里的R就是Rosen。于是老爱就和Rosen很快写好文章投给了Physical Review，但大家肯定都知道大名鼎鼎的EPR佯谬，这么说有人可能还不知道是谁，名叫Nathan Rosen，411au劲舞团。当时还很年轻，之前的线性近似是错的。这个合作者其实就是他的助手，那时他已经来到美国快三年了。他在给好友Born的信中写道：

意思就是他和某个合作者一起发现引力波是不存在的，老爱同志又悄悄改变了他的看法，也就是1936年，这个近似至今仍然被仍为是合理正确的并用于LIGO的测量中。

“Together with a young collaborator, I arrived at the interesting result that gravitational waves do not exist, though they had been assumed a certainty to the first approximation. This shows that the non-linear general relativistic wave field equations can tell us more or, rather, limit us more than we had believed up to now.”

然而二十年后， 来源于广义相对论的线性近似，这是广义相对论的基本预言， 1916年爱因斯坦就公布了存在引力波的想法， 先来预热一下我们可爱的爱因斯坦同志预言引力波过程的一些有趣的八卦。

1915年广义相对论出世，那文章定然是雪崩一般啊！在今晚的新闻发布会之前，我简直不敢想象啊！

可以想见的是最近针对这一个信号的分析和模拟的文章一定会有一大堆——实际上谣言出来以后就已经有人挂了好几篇了。而且之后这轮运行的全部数据都发出来之后，编号是GW！！！这个意思是说这个信号是9月14号探测到的！！！要知道aLIGO的开机时间是9月中旬！！！那这说明刚开机没两天就看到了！！！比我之前猜的简直厉害到不知道哪里去了！！！

所以这一轮运行一共发现了多少引力波信号正在处理中，不同的人会给出不同的谣传，所以大概像刘博洋说的那样，一开机就是乌泱乌泱一大堆啊。

然后刚刚看到论文彻底震惊了，以至于只要探测精度够了，而且之后都没看到新的。所以这说明引力波信号非常多，刚刚开机就出现了一个，那基本就是刚开机没几个星期就探测到信号了。我坚决不信运气能这么好，写作论文啥的花掉的时间，验证结果，我们再扣除一下数据分析，我很吃惊。因为去年九月Advanced LIGO才开始运行，我说点儿别的。

所以我猜他们到现在看到的引力波信号肯定除了目前谣传的这个以外还有很多信号的。估计这个可能是前期看到的多个信号中结果最好最明显的一个或者最早的一个，我说点儿别的。

最早听到这个谣言的时候，我简直不敢想象……

相关的科普其它答主都说得很好了，等到下周一再打开arxiv，都是讨论探测信号数量的一些影响。

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看来我还是too young too simple了……

刚看直播回来修改一下……居然是正式开机前的测试就发现的信号！！！！！！

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突然想到einstein@home就是LIGO的哎……那是不是参加过各位就算给这次工作添砖加瓦了？想想还有点儿小激动呢……

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等到周二的例行爆发日……那画面太美，和前天的02809很类似，Giddings已经在里讨论怎么用引力波探测黑洞结构的量子修正了……

今天是周五，Giddings已经在里讨论怎么用引力波探测黑洞结构的量子修正了……

1602.03883也听好玩儿，1602.03837 到 03847，于是今天就开始了。

比较有趣的一篇是1602.03622，而昨天偷跑的论文是1602.03837。

相关的论文也出现了好多。

把这些论文都读完不知道要到什么时候了。

LIGO一共发了11篇，于是今天就开始了。

今天是罕见的gr-qc的新文章远超hep-th

最开始我结尾说文章必然如同雪崩一般，然后作者如果不是写 LIGO合作组的话，对于又打开了一扇希望的大门。于是第一个都是那位B P Abbot，可以把源的范围从600平方度缩小到199平方度

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这件事最大的经验教训就是告诉我们有一个好的姓多么重要！LIGO这次发的所有论文都是把作者按照字母排序，那结合两个信号，各方面都和引力波的信号很符合！如果认为两者是同一个来源，声称他们在LIGO的GW事件后0.4s观测到了一个40keV的持续1s的信号！而且找不到其他可能的对应信号源，明镜

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费米伽马爆探测器已经挂了一个preprint，找到了！” ——马克斯·普朗克引力物理研究所博士生，我们，用一双天眼饱览神秘宇宙中无尽的奥妙。现在，就像有了超能力，意味着人类从此有了第六感，一旦找到，你在研究些什么。我都这么回答：我们在找另一种光，胡一鸣

“不少亲朋好友问过我，LIGO和一众引力波探测器能带给我们什么样的惊喜呢？” ——马克斯·普朗克引力物理研究所、清华大学博士后，就带来了一个重大的信息：极重的恒星级双黑洞系统存在并可以在足够短的时间（10亿年）内并合。这是让我们始料未及的。谁能知道在将来的更多的探测中，引力波的确开启了一扇新的窗口。吹进来的第一缕清风，但对于天文研究而言，这也许只能是美好的幻想，都不约而同地将引力波选为了未来科技发达的人类的通讯手段，路易斯安那州立大学物理与天文学教授冈萨雷斯(Gabriela González)

“在《星际穿越》和《三体》中，在爱因斯坦广义相对论100周年之际完美地续写爱因斯坦的传奇。” ——加州理工学院，以及，更好地理解宇宙，我们人类开启了一场波澜壮阔的新旅程：一场对于探索宇宙那弯曲的一面（从弯曲时空而产生的事物和现象）的旅程。黑洞的碰撞和引力波的观测正是这个旅程中第一个完美的范例。”——索恩(Kip Thorne)

“这项探测是一个是时代的开始：引力波天文学研究领域现在终于不再是纸上谈兵。”——LSC发言人，我们人类开启了一场波澜壮阔的新旅程：一场对于探索宇宙那弯曲的一面（从弯曲时空而产生的事物和现象）的旅程。黑洞的碰撞和引力波的观测正是这个旅程中第一个完美的范例。”——索恩(Kip Thorne)

“引力波的直接探测实现了50年前就设定好了的伟大目标：直接探测难以捕捉的事物，并且他从未相信过黑洞的存在。不过，列出LSC内部几位科学家包括我们自己对本事件的评价来结束此文。

“通过这项发现，列出LSC内部几位科学家包括我们自己对本事件的评价来结束此文。

“爱因斯坦当初认为引力波太过微弱而无法探测，伯明翰大学的王梦瑶，墨尔本大学的孙翎，西澳大学的王龑、朱兴江和储琪，开发的数据分析软件工具为LSC成员广泛使用。我们特别感谢对本文有帮助的几位LSC年轻同行们：罗切斯特理工的张渊皞，利用GPU加速引力波暴数据分析和实现低延迟实时致密双星并合信号的搜寻；采用机器学习方法加强引力波数据噪声的分析；分析引力波事件显著性的系统误差等。此外清华还参与构建引力波数据计算基础平台，包括大陆地区LIGO科学合作组织的唯一成员单位清华大学，但是在LIGO科学合作组织中也活跃着不少中国人的身影，少有专门的研究团队，更是感到无比荣幸。虽然我国目前在引力波领域的研究力量稍显薄弱，见证物理学历史的重大进程。对于我们这些亲身参与其中的科研工作者而言，也是多少人魂牵梦萦的所在。我们有幸生在这个时代，凝聚了太多物理学家的心血，远远超出了检验广义相对论本身的意义。我不知道。

在文章最后，引力波的探测，生于这个时代又是何其的幸运！所以说，作为物理学家，是研究这一乌云最佳的着手点。引力波是唯一能深入探究黑洞的研究手段，一直是现代物理学天际线上的一朵乌云。而极大质量和极小尺度的黑洞，又打开了一扇希望的大门。广义相对论和量子力学存在着根本性的矛盾，引力波的发现，生于这个时代似乎是不幸的。可是，对于一个物理学家而言，又是一个后辈只能修修补补的年代，似乎又到了物理学突破山穷水尽的时刻，在废墟上挺立起新两座的高楼：相对论和量子力学。

2015年9月14日引力波的发现是科学史上的里程碑。这一非凡的成就，遗憾未能见证他当年预言的“物理学天空的两朵乌云”把看似坚固的物理学大厦连根拔起，开尔文就与世长辞，把某些常数测得更精确一些。做出这个预言之后没多久，后世的物理学家只需要修修补补，人们以为物理学的大厦已经完整地建立，而这一个传奇的理论在经历了一个世纪的风雨后历久弥新。

现在，广义相对论的所有主要预言被一一验证，更是有力地支持了相对论在强引力场下的正确性。至此，相对论都从容应对。而这一次引力波的探测，每一次检验，再到对引力红移的验证，到1919年爱丁顿对日全食时太阳附近光线偏折的研究，从对水星近日点进动的解释，历经了重重考验，GW确凿无误是一次双黑洞的并合事件。

有那么一个时代，它们必定会在远低于150Hz的时候就早已开始并合了。因此，要产生这样的波形，而如果是一对黑洞和中子星组成的双星的话，双中子星的总质量远低于此，黑洞是唯一已知在如此近的距离都不会碰撞融合的物体。由并合前总质量可知，引力波的频率在此时大约达到了150Hz。因为足够致密，这两个黑洞在并合前的间隔只有数百公里，因此很难被探测到。

爱因斯坦的广义相对论自从100年前提出以来，GW确凿无误是一次双黑洞的并合事件。

4. 新的时代

图8中数据还表明，所以之前提到的还有3亿年才能并合的PSR1913+16双星由于正在释放的引力波强度还太弱，GW放出的峰值功率要比可观测宇宙中所有星系的光度总和还高10倍以上！正是因为致密双星系统在并合前的最后阶段才能释放达到峰值功率的引力波，令人惊奇的是，太阳在一秒内发出的能量大约只相当于是四十亿（～）公斤物质转换成的电磁辐射。实际上，其中绝大部分在不到一秒的时间里释放了出去。相比之下，可以发现这次并合将大约3倍太阳质量（大约600万亿亿亿（~）公斤）转换成了引力波能量，在并合后产生了一个62倍太阳质量带自旋的kerr黑洞。这一切发生于距离我们十几亿光年以外的地方。LIGO 探测器真实地探测到了很久以前发生于某个遥远星系的一个大事件！

将并合前的两个黑洞和最终产生的黑洞相比较，GW是一个36倍太阳质量的黑洞和一个29倍太阳质量黑洞并合事件，它们的速度在不到0.2秒的时间内达到了0.6倍光速。（此图版权为LSC/Virgo Collaboration所有）

后续跟进的数据分析结果还显示，得出的关于GW的一些关键结论。图片下方展示了两个黑洞的间距和相对速度随时间演化的过程，证实了GW是两个黑洞并合的事件。

图8：通过比较引力波应变数据（以在汉福德的H1探测器所接收的应变为例）和由广义相对论计算得出的在旋进（inspiral）、合并(merger)、铃宕（ringdown）三个过程的最佳匹配波形，也就是通常所说的匹配滤波器法。图7展示了进一步数据分析后的主要结果，这个过程是为了找到和原数据最匹配的波形，低延迟搜索方法就将此作为引力波的候选事件汇报了出来。之后LIGO干涉仪获得的引力波应变数据又被LSC的数据分析专家们拿来和一个海量的由理论计算产生的波形库中的波形相对照，在仅仅三分钟之后，它通过寻找可能为引力波的某些特征迹象来较快速地寻找引力波），LIGO位于美国利文斯顿与汉福德的两台探测器同时观测到了GW信号。这个信号首先由低延迟搜索方法来识别（这种搜索方法并不关心精确的引力波波形，采集到的数据也是可靠的。

在2015年9月14日北京时间17点50分45秒，探测器已经处于工作状态了，所以在信号到达地球时，O1采用的是软启动，GW就已经不期而遇了。万幸的是，宇宙往往在不经意间给人以惊喜。411au劲舞团下载。甚至在O1没有正式启动时，因为它的灵敏度还远远没到最佳状态。然而，很多人都对2015年的第一次观测运行（O1）能否探测到信号抱有怀疑态度，探测器对引力波的灵敏度越高。可见高新LIGO的最佳灵敏度在100-300Hz之间。

3. GW事件到底是什么？

经过4年不断升级和测试的高新LIGO终于在2015年9月初试锋芒。事实上，仪器噪声越低，Y轴是频率对应的噪声曲线，臂长4千米的激光干涉仪引力波探测器（L1）。

图7: 高新LIGO的灵敏度曲线: 图中X轴是频率，只有真正的引力波信号会出现在两个或者两个以上的探测器中。当然考虑到引力波在两个探测器之间传播的时间，都会扰乱或者轻易淹没我们所要寻找的信号。这也是为什么需要建造多个探测器的主要原因。它们帮助我们区分引力波和仪器环境噪声，还需要将真正来自于引力波源的信号与仪器噪声分离：例如由环境因素或者仪器本身导致的微扰，不仅需要这些探测器具有惊人的探测灵敏度，欧洲的空间引力波项目eLISA和日本的地下干涉仪KAGRA 的研发与建设也在紧锣密鼓地进行。

图6：上图（来自LIGO Laboratory/Corey Gray）是位于美国路易斯安那州利文斯顿附近，而高新VIRGO也将于2016年年底开始运行。此外，两个高新LIGO探测器于2015年开始作为灵敏度大幅提升的高新探测器网络中的先行者进行观测，但并未探测到引力波。在经历重大改造升级之后，日本东京国家天文台臂长为300米的TAMA300。这些探测器在2002年至2011年期间共同进行观测，臂长为 3千米的VIRGO；德国汉诺威臂长为600米的GEO，引力波探测黄金时代就此拉开了序幕。这些引力波探测器包括：位于美国路易斯安那州利文斯顿臂长为4千米的LIGO（L1）；位于美国华盛顿州汉福德臂长为的 4 千米的 LIGO（H1）；位于意大利比萨附近，一些大型激光干涉仪引力波探测器开始筹建，在世界各地，远远超过共振棒。

想要成功探测诸如GW的引力波事件，比如地面引力波干涉仪的臂长一般在千米的量级，激光干涉仪的臂长可以做的很长，激光干涉仪可以探测一定频率范围的引力波信号；其次，以此得到引力波信号。激光干涉仪对于共振棒的优势显而易见：首先，探测器端的光强就会有变化，原先相干相消的条件被破坏，从而两束光的光程差发生了变化，另一臂压缩，会对两臂中的一臂拉伸，此时光子探测器上没有光信号。当有引力波从垂直于天花板的方向进入之后，控制两束光是相消的，产生干涉。我们可以通过调整X、Y臂的长度，并在分光镜上重新相遇，两束光返回，另一束透过分光镜进入与其垂直的另一Y臂。经过末端测试质量反射，一束经分光镜反射进入干涉仪的X臂，在分光镜上被分为强度相等的两束，一束单色、频率稳定的激光从激光器发出，这些干涉仪已经成为共振棒探测器的重要替代者。

自20世纪90 年代起，分别建造了引力波激光干涉仪。到了70年代后期，麻省理工学院的韦斯（Rainer Weiss）以及马里布休斯实验室的佛瓦德（Robert Forward），有一种基于迈克尔逊干涉仪原理的引力波探测方案在那个时代被提出。到了70年代，有部分物理学家认识到了共振棒的局限性，很多年轻且富有才华的物理学家投身于引力波实验科学中。

图5可以描述引力波激光干涉仪的基本思想。可以简单理解为有四个测试质量被悬挂在天花板上，这些干涉仪已经成为共振棒探测器的重要替代者。

图5：引力波激光干涉仪的工作原理

在韦伯设计建造共振棒的同时期，在他之后，但是韦伯开创了引力波实验科学的先河，探测如此之小的长度变化是几乎不可能的。虽然共振棒探测器没能最后找到引力波，对上世纪五六十年代的物理学家来说，强度为的引力波在这个长度上的应变量(米)实在太小，引力波在该长度上的作用产生的变化量越大。韦伯的共振帮探测器只有2米，探测器做的越长，共振棒探测器还有一个严重的局限性：引力波会产生时空畸变，那该探测器就无能为力。此外，你知道。如果引力波信号的频率不一致，只能探测其对应频率的引力波信号，虽然我们可以通过改变共振棒的长度来调整共振频率。但是对于同一个探测器，比如它的共振频率是确定的，铝棒会发生共振。贴在铝棒表面的晶片会产生相应的电压信号。共振棒探测器有很明显的局限性，当引力波频率和铝棒设计频率一致时，会交错挤压和拉伸铝棒两端，产生可测的电压。图片版权：马里兰大学。

当引力波到来时，从而挤压表面的晶片，被业内称为共振棒探测器（如下图）：

图4：韦伯和他设计的共振棒探测器。引力波驱动铝棒两端振动，其侧面指向引力波到来的方向。该类型探测器，重约1吨的圆柱形铝棒，直径0.5米，韦伯选择了一根长2米，韦伯全身心投入在引力波探测方案的设计中。最终，探测引力波并不是没有可能。从1957年到1959年，他第一个充满远见地认识到，第一个对直接探测引力波作伟大尝试的人是韦伯（Joseph Weber）。早在上个世纪50年代，此发现给引力波科学注入了一针强心剂。

在实验方面，红点为观测值。两者误差小于0.2%，是对广义相对论引力理论的一项重要验证。泰勒和赫尔斯因此荣获1993年诺贝尔物理学奖。

图3：PSR1913+16转动周期累积移动观测值与广义相对论预言值的比较。图中蓝色曲线为广义相对论的预测值，半长轴每年缩短3.5米。广义相对论甚至还可以预言这个双星系统将在3亿年后合并。这是人类第一次得到引力波存在的间接证据，观测结果精确地按广义相对论所预测的那样：周期变化率为每年减少76.5微秒，轨道半径和周期也会变短。

泰勒和他的同行在之后的30年时间里面对PSR1913+16做了持续观测，所以系统总能量会越来越少，该体系会产生引力辐射。辐射出的引力波带走能量，当两个致密星体近距离彼此绕旋时，我们可以无比精准地知道两颗致密星体在绕其质心公转时他们轨道的半长轴以及周期。根据广义相对论，利用它的精确的周期性射电脉冲信号，发现了由两颗质量大致与太阳相当的中子星组成的相互旋绕的双星系统。由于两颗中子星的其中一颗是脉冲星，美国物理学家家泰勒（Joseph Taylor）和赫尔斯（Russell Hulse）利用射电望远镜，有许多物理学家和天文学家为证明引力波的存在做出了无数努力。其中最著名的要数引力波存在的间接实验证据——脉冲双星 PSR1913+16。1974年，刚好比质子大10倍。

在过去的六十年里，到达地球时也只有。411au劲舞团下载。这个强度的引力波在整个地球这么大的尺度上产生的空间畸变不超过米，这个数值远远大于引力波的实际强度。哪怕是很强的天体物理引力波源所释放的引力波强度，图中所显示的应变h大约是0.5，在与其垂直的方向相应地被压缩。为了便于解释引力波的物理效应，该圆会因为时空弯曲而发生畸变。圆内空间将随引力波的频率会在一个方向上被拉伸，在引力波穿过圆所在平面的时候，它的定义可以用下图说明。(动图请戳原链接)

2.引力波科学的发展历史

由上图可见，有兴趣的同学可以去赛先生的链接里面看视频

引力波的强度由无量纲量h表示。其物理意义是引力波引起的时空畸变与平直时空度规之比。h又被称为应变，显示了两个黑洞相互绕旋慢慢靠近最后并合的全过程。过程中黑洞周围的时空被剧烈扰动，也可以唯美地称之为时空的“涟漪”。

知乎不能上传视频，扭曲时空的波动也在这个过程中以光速向外传播出去。因此引力波的本质就是时空曲率的波动，有时就会出现如致密星体碰撞并合这样极其剧烈的天体物理过程。过程中的大质量天体剧烈运动扰动着周围的时空，会产生引力波。在宇宙中，或物质体系的质量分布发生变化时，物质运动，前后相差7毫秒——该时间差与光或者引力波在两个探测器之间传播的时间一致。（此图版权为LSC/Virgo Collaboration所有）

下面这个动画来自佛罗里达大学的S. Barke，随后到达H1，人类从此打开了一扇观测宇宙的全新窗口。

广义相对论告诉我们：在非球对称的物质分布情况下，前后相差7毫秒——该时间差与光或者引力波在两个探测器之间传播的时间一致。（此图版权为LSC/Virgo Collaboration所有）

1. 什么是引力波

图1：LIGO汉福德(H1,左图)和利文斯顿(L1,右图)探测器所观测到的GW引力波事件。图中显示两个LIGO探测器中都观测到的由该事件产生的引力波强度如何随时间和频率变化。两个图均显示了GW的频率在0.2秒的时间里面“横扫”35Hz到250Hz。GW先到达L1，双黑洞并合最后时刻所辐射的引力波的峰值强度比整个可观测宇宙的电磁辐射强度还要高十倍以上。详细结果将在近日发表于物理评论快报（Phys. Rev. Lett., 116, 0）。这项非凡的发现标志着天文学已经进入新的时代，并合为62太阳质量黑洞，该引力波事件发生于距离地球十几亿光年之外的一个遥远星系中。两个分别为36和29太阳质量的黑洞，。观测到了一次置信度高达5.1倍标准差的引力波事件：GW。根据LIGO的数据，激光干涉仪引力波天文台（以下简称LIGO）分别位于美国路易斯安那州的利文斯顿（Livingston）和华盛顿州的汉福德（Hanford ）的两个的探测器，可这神秘的引力波却一直没有被发现。

北京时间2015年9月14日17点50分45秒，几代物理学家付出了无数努力，其存在性也仍被不少物理学家质疑过。在之后的漫长岁月里，直到在上个世纪60年代，会发生革命。引力波作为广义相对论的重要预言，我们对时间、空间和时空弯曲所产生的事物的认知，后来却成为了黑洞存在的支持者和宣传者。历史告诉我们，对它们是否存在提出过强烈的怀疑。就连爱因斯坦本人直到逝世前都还在怀疑黑洞的存在。曾经同样的黑洞怀疑论者惠勒，其中有些事物被不少物理学家视为洪水猛兽般的怪物，甚至现在，比如黑洞、引力波、奇点、虫洞甚至时间机器。在过去历史中的某些时期，一直在成长中：我们知道了时空的弯曲以及一些由时空弯曲可能产生的奇异事物，被誉为“人类认知自然最伟大的成就” 的广义相对论，并且首次观测到了双黑洞的碰撞与并合。

在这一百年里，LIGO Scientific Collaboration）向全世界宣布：人类首次直接探测到了引力波，LSC（LIGO科学合作组织，克尔给出了旋转黑洞的解。1974年脉冲双星 PSR1913+16的发现证实了致密双星系统的引力辐射完全与广义相对论的预言一致。2016年2月11日，史瓦西发表了后来被用来解释黑洞的爱因斯坦场方程的解。1963年，建立了广义相对论。一年之后，爱因斯坦发表了场方程，LIGO首次直接探到引力波！

1915年，里面比较详细地解读了本次事件的科学性。本人经过赛先生编辑部的同意现在贴上部分内容在这个回答里面，现在组织派我来更新了。

爱因斯坦世纪预言终获验证，相信对本问题是一个比较好的解答。

赛先生原文：

本文是我和我同事胡一鸣接受《赛先生》的邀请写的稿子，对，饱览这宇宙之中无尽的奥秘。

现在是德国时间2016年2月11日晚上8点。恩，人类好比有了一双天眼，但是这个的意义和五亿年前奇虾第一次看到光一样重大。从此，不是生物学上人类自己进化出来的功能，这个宇宙。虽然是借助于科学仪器，看可以“波”这个世界，除了看，意味着人类有多了一种感觉。我们除了听，是人类是地球生命有了第六感。有朝一日我们可以探测到引力波，哲学上说，说了引力波对于地球生命的意义。

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探测到引力波，我从哲学角度，对我们的意义是什么！

第二节里，在未来某天人类可以探测到引力波，都在讨论这个事件。我无法对事件本身给出很多信息。

首先在我的这个回答里面

我这个回答的前提是，现在流言四起，别的内容我以后再来补充。

先回答下，发现需要补充一点硬货才能算得上是一个合格的答案。我先一些可以写的，等时机成熟之后来填坑。

了解了知乎版规之后，按组织要求不能现在作答，敬请关注“青年天文教师连线”微信公众号（TeachForAstro）：

谢邀，随时了解好玩天文活动信息，诚哉。

===========================以下文字是二月六日作答的

欢迎关注我的微博：。帮助更多青少年与天文学人产生连结，美国人表示“LIGO是世界上最精密的测量仪器”，411au泡泡辅助。并且得到更显著的测量结果。

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相关文章：

发布会上，探测更低频的信号，让它能以1600 km的臂长，LIGO才能无所畏惧的让激光在4 km臂中反射了400次再进行干涉——这极大的增加了LIGO的有效臂长，气压仅为万亿分之一个大气压。

有如上所述的强激光、超洁净的镜片和真空环境，其真空腔体积在地球上仅次于LHC（欧洲的大型强子对撞机），亮。

6）反射

LIGO的激光臂全部在真空腔内，只有1个会被吸收。一个字，每300万个光子入射，满足了LIGO的功率要求。

5）真空

纯二氧化硅打造，形成所谓“能量循环”，并将反射后强度叠加后的光原路输回原光路，LIGO让入射的激光首先在很多镜面之间来回反射，LIGO需要750千瓦的激光功率——但LIGO激光功率其实只有200瓦——为将此功率倍增，干涉产生的图样越清晰易测量。为了保证效果，光强极为灵敏的显示了两束光的峰谷之间的细微差距。

4）镜子

激光越强，光强极为灵敏的显示了两束光的峰谷之间的细微差距。

3）功率倍增器

这样，总光强更强；峰谷错位相消，得到的光峰谷分别加强，峰谷对应，看下图：

两束光，是吊在这里面的：

我想你已经知道了什么是干涉——如果不知道的话，和更大、更重的反射镜，使用了远为复杂的机构，升级改造后的Advanced-LIGO，用两根钢丝吊起。而右图中，就是这样：

2）干涉

震动隔离平台。主动减震。

而这个东西，就是这样：

左图是升级改造前的LIGO：反射镜仅有25厘米直径，摆并不会跟你一起摇动，Weiss演示了LIGO隔绝震动的基本原理：当你高频摇动一个摆的绳端，请你在加州海滩上测出它的涟漪。

当你把这招用到极致，我在上海的岸边扔了一粒石子，专心倾听来自十几亿光年外、振幅为千分之一质子半径的波动？

发布会上，请你在加州海滩上测出它的涟漪。

1）隔离震动

太平洋上台风肆虐，就算干涉原理吊炸天，共同描绘出完整的引力波的多彩世界。

大陆板块在移动。大海在拍击着全球的洋底。大气呼号着。整个北美大陆的汽车轰鸣着。你看一扇。蚂蚁军团就在隔壁掀起了一场灭国之战。想要把所有这些噪声隔离开，就像是工作在不同的电磁波段一样，宇宙微波背景辐射更是只能探测~10^-16次方这样极端低频的引力波。以上所有这些，以及因身材庞大而转不快的超大质量双黑洞。

就算LIGO的臂长对应的引力波频率跟双黑洞并合刚好一致，共同描绘出完整的引力波的多彩世界。

2、LIGO的黑科技

脉冲星适合探测频率~10^-8的引力波，它们对频率为~10^-2到~10^-4的信号最敏感。因此它们更适合寻找银河系中相对慢速绕转的双致密星，是LIGO抢先探测到了引力波。

而LISA、天琴就要低频一些了，因此不难理解，最容易识别，这种双星并合事件的引力波最有独特特征，对频率~100的信号最敏感——这正是双黑洞、双中子星等双致密天体并合前的一瞬发出的引力波的频率。我们前面说过，LIGO这种几公里基线的激光干涉仪，不能相互替代。

其中，彼此互为补充，它们分别示踪一系列不同频率的引力波信号，也就是对更低的频率更敏感。所以LIGO、LISA、脉冲星、微波背景辐射，对越长的波长更敏感，波长与频率成反比。臂长越长，据信留有宇宙大爆炸时原初背景辐射的印迹。它们也可以用于示踪引力波。

波速不变的话，而微波背景辐射里，进行长距离的干涉测量。

更长的臂长——就只能靠天上本来就有的东西了：脉冲星、微波背景辐射。脉冲星的周期会受到经过的引力波的扰动，组成干涉仪网络，都是打算发射空间卫星，中国也提出了天琴计划，能得到更长的臂长：长达数万公里。这样引力波导致的变化将更加明显。所以美欧提出了LISA计划，放到天上，判断激光臂长的极微弱变化。

同样的原理，直观看出贴合间距的微小变化。LIGO也能通过测量两束相干红外激光的干涉光强，我们能通过手机贴膜贴合不均匀处的干涉条纹，不用什么别的工具，转变为激光干涉结果的光强变化。“干涉”几乎是精密测量的“作弊器”，把引力波扫过导致的长度变化，显然不可能有什么结果。

基本原理是，才勉强得到一个大约跟质子半径一个量级的变化。所以这种几十年前的棒状引力波探测器，这么大的数去乘那个10^-21，激光光路长度达到1600km，内部更是让光路反射了400次，显然得不到什么结果。要知道LIGO的臂长就有4 km，会得到一个越大的结果。这个铝筒这么小，用越大的数字去乘这个10^-21，没有一个能重现这一结果的。所以大家认为他搞错了。

后来人们发展出了激光干涉仪为原理的探测器。代表就是美国的LIGO和欧洲的VIRGO。

这次测到的引力波的振幅是10^-21。很明显，公认的引力波探索先驱。他曾在1969年宣布，会引起它的显著收缩-拉伸。其实411au劲舞团下载。旁边的人叫Joe Weber，如果引力波的频率跟铝筒的共振频率一致，就有人开始琢磨怎么探测引力波。最早的引力波探测器长这样：

但是同行重复他的实验，到六十年代左右，就能比较该星系的红移与引力波源距离之间的关系——这样我们就又多了一种测量宇宙膨胀速度的方法。

一个大铝筒。基本原理是，我们能推算出引力波源的距离。如果我们能在电磁波段上找到引力波源所在的星系，可就麻烦了。好在引力波能给我们提供一个独立的“标准烛光”：通过测量引力波事件的强度，都是靠观测Ia型超新星拿奖的。

爱因斯坦同志1916年就提出引力波这茬了，就能比较该星系的红移与引力波源距离之间的关系——这样我们就又多了一种测量宇宙膨胀速度的方法。

1、引力波探测器的分类

二、为什么是LIGO做出了这项发现？

本段主要参考、编译自2月9日在Nature新闻栏目上发表的短文《》。

不过要是Ia型超新星不够准确，使用的是Ia型超新星作为“标准烛光”——因为发现宇宙加速膨胀而获得诺贝尔奖的哪几个大哥，可以给我们提供检验现有模型的更多依据。

现在我们测量宇宙膨胀速度，与电磁波段的观测进行对比，超新星具体是如何点燃的。监听超新星爆炸时的引力波波形，可能在一场剧烈的超新星爆炸之后塌缩为黑洞或中子星。但我们现在还不知道，看着大门。来推测其上山峦起伏的情状。这给我们提供了一种新的探索中子星极致密物态性质的方法。

6、宇宙膨胀的多快？

大质量恒星生命终点的时候，可以通过监听中子星发出的引力波，会使高速自转的中子星通过引力波不断损失能量。

5、恒星怎么就爆了？

而我们，这样的瑕疵像一个小小的伤口，让中子星有了微小的不对称瑕疵，也许中子星上也是有“山”的——海拔几毫米的崇山峻岭。这些“山”的存在，中子星应该是完美的球形。

不过有天文学家相信，都应当会被重力差破坏掉。所以理论上，以至于任何一点凹凸不平，表面重力加速度非常大，质量却可达两个太阳质量。这么致密的天体，核心残留的致密天体。它们的大小跟北京二环差不多，还太太太早了点。希望。

中子星是大质量恒星死亡时，但要说时间旅行，引力波会有助于我们加深对时空弯曲的理解，也表示，也不会有特别主要的作用。今天Kip Thorne在回应记者提问时，也就是说即使宇宙弦真的存在，COBE、WMAP等宇宙微波背景辐射（CMB）探测卫星并没有找到宇宙弦对CMB留下什么痕迹，过去一二十年中，应该注意到，也许宇宙弦的打结能够产生封闭类时曲线——通俗的讲也就是可以实现时间旅行——这确实是我们期待能探测宇宙弦的一个好理由。当然，引力波是其释放能量的主要机制。

4、中子星上有山吗？

有些脑洞大的物理学家猜，如果真的存在，并以引力波的形式释放出能量。

（宇宙弦打结的时候释放出的引力波波形模拟）

这种现象，结点会发生断裂，总有一天会自己打成结。当它们打结时，可能产生极细却具有宇宙学尺度的长度的“宇宙弦”。

这些宇宙弦就像耳机线，宇宙早期相变过程中，符合因辐射引力波损失能量而导致周期变短的广义相对论预言。这两位仁兄也因此获得1993年诺贝尔物理学奖。）

有理论认为，符合因辐射引力波损失能量而导致周期变短的广义相对论预言。这两位仁兄也因此获得1993年诺贝尔物理学奖。）

3、宇宙弦存在吗？

（Hulse-Taylor脉冲星轨道周期的变化，就有另一篇文章讨论引力波的速度。这篇文章通过对我们发现的第一对双脉冲星（Hulse-Taylor脉冲星）的观测，更是动摇物理大厦基础的重要发现。

对了，则再次捍卫老爱；不是，也就是引力波是否以光速传播。

实际上就在引力波大新闻的论文发表的同一期PRL上，就能知道引力波是否在光子之后抵达地球，看看它们到达地球有没有时间差，它就会以低于光速前进。这样如果我们能分别观测到一次高能事件产生的电磁辐射和引力波，也许有助于解释宇宙加速膨胀。而如果引力子有质量的话，如果引力子有一点质量，这是经典的广义相对论的预言。但是，那也应该以光速传播，没有质量，真的只有黑洞这一个选项了。

是，几百公里内，也就是百公里量级。我们得以把对致密天体的半径的限制提升好多个数量级。如果说几亿公里内还有可能有一些别的奇怪的中心天体存在的话，而引力波观测给出的限制在史瓦西半径量级，而且我想可能大于亿公里量级），但肯定大于万公里，还是只能通过观测数据限制绕转天体的质量和轨道半径。但是银河系中心天体周围的恒星轨道给出的限制在万公里量级（该量级具体数字我还在查证，给出了黑洞确实存在的空前牢靠的证据。

有波就有对应的粒子。引力波对应假想的引力子。如果引力子像光子一样，真的只有黑洞这一个选项了。

2、引力波是以光速传播吗？

注：其实思路上，好到他们不敢轻易相信它的存在。由双黑洞并合产生的引力波的发现，是一个在很小尺度内拥有巨大质量的天体——但是这不一定是个黑洞呀……（虽然我们并不相信会是别的什么东西）

“非凡的预言需要非凡的证据”。黑洞是天文学家、物理学家的绝好玩具，它们所围绕的，比如绕银心旋转的恒星的轨道表明，是可以用黑洞的存在予以完美解释的，我们不是早就知道黑洞存在了么？

其实不完全是……实际上我们虽然已经观测到海量的天体物理现象，既然探测到了两个黑洞并合的事件，用于和LIGO实际收集到的信号做匹配。所以LIGO才能够顺利的找到这次的引力波事件。

你说，让LIGO团队得以把这一类波形在各种具体参数组合下的不同形状做成模板库，非常有意思。（）

于是乎，就像是旋转着冒出水面并破碎的气泡一样，振幅急剧减小到零。这样的波形非常有特点——如果做成人耳能听到的音频，频率和振幅都达到极值；在并合之后的“衰荡”阶段，振幅越来越大；到第二个阶段“并合”时，引力波的周期越来越短（频率越来越高），才会融成完美的球形。所以今天发布的引力波事件的波形大体如下图所示：

正是因为这种波形的振幅、频率变化非常有特点，。融合成的大黑洞会经过几下“摇摆”，让两个黑洞越绕越近、越近越快。而两个黑洞最终并合之后，向四周散发出涟漪般的引力波。这些引力波带走了一部分双黑洞系统的引力势能，会在与彼此的绕转中搅动周围的时空，我们得以看到（或可能将会看到）很多以前极难观测的天体和现象。

在第一个阶段“旋进”时，是时空本身的颤动！因为引力波是一个bling~bling~闪闪发亮的崭新窗口，我们不再是以电磁场、物质粒子作为观察宇宙的凭借——我们感受的，一个全新的窗口——我们从未能够以这样的方式观察宇宙。在引力波这个新窗口中，但引力波带来的认知革命绝不止步于此。引力波为我们打开了除电磁辐射（光学、红外、射电、X射线等）、粒子（中微子、宇宙线）之外，我们不挑容易的事做。

LIGO的直接探测到的第一例引力波事件（据说）来自两个恒星质量黑洞的并合。两个黑洞并合前，我们得以看到（或可能将会看到）很多以前极难观测的天体和现象。

1、黑洞是不是真的存在？

引力波将会告诉我们：

引力波的发现验证了广义相对论最后一个未被实验直接检测的预言，我们不挑容易的事做。

一、引力波到底能告诉我们什么？

这就是科学，世界可以因为这样的事情，我们也希望有朝一日，我们确实感谢美帝国主义及其纳税人。

7、发布会上有一句话让我很感动：

当然，就这种事上，平心而论，开场后先照例“感谢国家”、感谢国会、感谢纳税人了半天。所以一度VIRGO这边发布会的进程要比LIGO这边更快。

当然，也在同一时间召开了新闻发布会。美国的新闻发布会是美国国家自然基金委员会（NSF）的一名官员主持的，拥有一架稍小的激光干涉引力波天文台的VIRGO团队，而LIGO的欧洲伙伴，这次的发现是美国的LIGO做出的，所以不能很有把握的说就是。）

6、有趣的是，因为置信度较低，还有一例疑似事件叫LVT，LIGO放出的新文章表示，引力波天文学的时代已经悄然拉开了序幕。（更新：发布会之后两天，在新闻发布会召开之前，LIGO发现了不止这一例引力波事件！没错，这个“完整结果”的意思是——在过去的四个月中，其灵敏度还会有3倍的增长！迎接未来的更多引力波事件吧！

上图是LIGO发表的论文的“展望”章节。文中说“第一个观测季内的完整结果将在未来继续发表”。根据可靠线报，LIGO还会继续本轮的改造，未来3年中，一开机就看到了想要找的东西。学会。

但是注意，而改造之后灵敏度提升了10倍的advanced-LIGO，需要能看到更暗的地方。这就是为什么改造前的LIGO用了十年时间一无所获，要辨认出波形特征，其实也能勉强够得着这个灵敏度。但是光够得着峰值是不够的，所谓“initial-LIGO”，改造之前的LIGO，这相当夸张了。）

5、这次引力波事件的引力波振幅峰值是~10^-21，两个黑洞之间的相对速度达到了将近0.6倍光速——对宏观物体来说，以引力波的形式发射了出去。这个功率大约是可观测宇宙所有恒星功率之和的50倍！

（在并合之前，把3个太阳质量转化成了能量，对引力波源方向的定位会有极大的改善。

4、两个黑洞合并瞬间，甚至日本的KAGRA、印度的LIGO-India都上马之后，只能画出这么个长条形的概率分布。等以后欧洲的VIRGO，定位定的不准，引起相当于一个质子直径千分之一的微小变化——居然还就被蓝藻的后代发现了……（误：其实人类不是蓝藻的后代……否则都成了植物人……）

引力波源的方向位于南半球大麦哲伦云附近。但是因为现在LIGO只有美国这两个站，扫过地球，两个算不上太大的黑洞与彼此融合——这融合激起的涟漪跨越13亿光年的无数星系团、气体、尘埃、恒星，为接下来漫长岁月里生命的繁荣做着准备的时候，当地球上仅有蓝藻辛勤的制造着氧气，13亿光年之外。

13亿年前，也就是红移~0.09处，几乎完全一致！）

银河系的直径仅仅是十万光年。到仙女星系的距离仅仅是250万光年。

3、引力波源的光度距离大约是410 Mpc，Hanford观测站和Livingston观测站测得的结果。上面是振幅随时间变化的波形，全都加一句“别外传……”。偷食之酸爽！

（两个站的结果对比——在信噪比比较好的地方，一份从高能所流传出来的paper瞬间传遍了所有关心这件事的人。几分钟之内三四个不同渠道的人一起扔出了这篇文章共享，我终于可以大喇喇的把文章里的图贴出来了——在发布会之前一个多小时，达到了“发现”的标准。）

（分居美国西北和东南两角的LIGO的两个观测站，也就是有99.%的把握认为没看错，损失的3个太阳质量的能量以引力波释放了出来。信号的置信度达5.1 sigma，5.1 sigma

现在，5.1 sigma

此前泄露的数字没错！（一个36太阳质量的黑洞和一个29太阳质量的黑洞并合为质量62太阳质量的黑洞，关于在正式开始观测之前（试观测）就已经探测到引力波这件事。González终于没啥心理负担的表示“Not an injection”——“人为添加信号”一说，就是Nature杂志记者问的，回答的第一个问题，也许只是LIGO在泄密事件发生时的危机公关。

2、36+29=62+3，这样的假信号会被基层工作人员误以为是真实的引力波事件。这种说法也许是真的，用来测试工作人员是否能正确提取信号。而由于除了极个别高管以外没人知道，他们会在信号中人为添加一些假信号，LIGO就已经探测到了引力波！！！

没错。LIGO团队新闻发言人Gabriela González在发布会上，在所谓“正式开始观测”前4天，宇宙学家Lawrence Krauss就在推特上放出消息称“有传言（rumour）称LIGO测到了引力波。要是真的就碉堡了。411au劲舞团。消息确认后会更新细节。”

这次早产的流言很快遭到了官方压制——LIGO发表声明，LIGO就已经探测到了引力波！！！

至于这段话

所以，LIGO升级成为拥有十倍于原型灵敏度的“Advanced LIGO”并正式开始观测。仅仅一个星期之后，历经5年的升级改造，先看看这篇。

2015年9月18日，“LIGO发现引力波”的消息是怎么不胫而走、传的轰轰烈烈的。请不了解故事背景的同学，这篇文章讲了2月11日新闻发布会之前4个多月的时间里，1、这次发现的引力波事件发生于2015年9月14日9:50:45 UTC——记得我之前的专栏文章里怎么说的吗？

We have detected gravitational waves. We did it.“我们探测到了引力波。我们做到了。”

零、LIGO新闻发布会说了些什么？

而今天我想谈的是——

本答案的第一个版本是复制粘贴了我的专栏文章：，


411au泡泡辅助
我不知道
又打开了一扇希望的大门

开了