科技

人类再次直接探测到双黑洞合并的引力波

人类再次直接探测到双黑洞合并的引力波


腾讯太空 乔辉 2016年6月16日报道

北京时间6月16日凌晨1时15分, LIGO科学合作组织在美国天文学会第 228 次会议举行的新闻发布会上宣布,他们又确认了两颗黑洞合并的引力波事件。

这股引力波扫过地球的时间是2015年12月26日,被美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)的两台孪生引力波探测器探测到,因此被命名为GW151226 【Gravitational Wave 2015-12-26】。经过严谨的数据分析,最终才确认这又是一个引力波事件。


人类再次直接探测到双黑洞合并的引力波


两次引力波事件的波源所在天球中的可能区域

这次探测到的引力波也是由两颗黑洞在合并的最后阶段产生的,距离地球14亿光年。两颗黑洞的初始质量分别为14.2颗太阳和7.5颗太阳,合并成了一颗20.8倍太阳质量高速旋转的黑洞,亏损的0.9颗太阳质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间,经过14亿年的漫长旅行,终于抵达了地球,被美国的“激光干涉引力波天文台”(LIGO)的两台孪生引力波探测器在圣诞节期间探测到。

什么是引力波?


人类再次直接探测到双黑洞合并的引力波


如同石头丢进水里产生波纹一样,引力波被视为时空中的涟漪。副本

在物理学上,引力波是爱因斯坦1916年根据广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,如同石头丢进水里产生的波纹一样,引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”。

通常引力波的产生非常困难,地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进,发出的引力波功率仅为200瓦,还不如家用电饭煲功率大。

1974年物理学家泰勒(Joseph Hooton Taylor)和赫尔斯(Russell Alan Hulse)发现了一个脉冲星双星系统,后续的观测表明,该系统由于引力波辐射阻尼造成的轨道周期变化符合广义相对论的理论预测,从而首次间接验证了引力波的存在,荣获1993年诺贝尔物理学奖。

黑洞合并释放的能量要借助质能方程求解

物理学家根据探测到的引力波波形并结合计算机数值模拟推断,两颗黑洞的初始质量分别为14.2颗太阳和7.5颗太阳,合并成了一颗20.8倍太阳质量的高速旋转大黑洞。看到这里发现哪里不对劲了吗?通常来讲,14.2颗太阳质量的黑洞加7.5颗太阳质量的黑洞应该等于21.7颗太阳质量才对,另外0.9颗太阳质量去哪里了呢?


_ueditor_page_break_tag_
人类再次直接探测到双黑洞合并的引力波


爱因斯坦著名的质能方程

这里要用到爱因斯坦最著名的方程式E=MC^2来解释了。该方程不仅能解释原子核放出巨大的能量,还能解释这次黑洞碰撞发出的汹涌引力波。0.9颗太阳质量以引力波的形式发出去了!

即使如此巨大的功率,经过14亿光年漫长的旅途之后,汹涌的时空海啸已经变为轻抚地球的涟漪,振幅仅10^-22米(比上次引力波事件的振幅还小一个数量级),也就是说4千米长的LIGO激光干涉臂仅伸缩10^-19米(原子核尺度的万分之一)。

共振型引力波探测器

上世纪60年代,马里兰大学的物理学家韦伯(Joseph Weber)首先提出了一种共振型引力波探测器。1968年,韦伯宣称他探测到了引力波,立刻引起了学界的轰动,但是后来的重复实验都一无所获。

激光干涉探测引力波的原理


人类再次直接探测到双黑洞合并的引力波


两架孪生引力波探测器分别在华盛顿州的汉福德(左)和路易斯安那州的利文斯顿,彼此相距3000公里

美国激光干涉引力波天文台(LIGO)由两座孪生的探测器组成,分别位于华盛顿州的汉福德和路易斯安那州的利文斯顿,彼此相距3000千米,只有当两个探测器检测到相同的信号才有可能是引力波。

LIGO的主要部分是两个互相垂直的干涉臂,臂长均为4000米。在两臂交会处,从激光光源发出的光束被一分为二,分别进入互相垂直并保持超真空状态的两空心圆柱体内,然后被终端的镜面反射回原出发点,并在那里发生干涉。

若有引力波通过,便会引起时空变形,一臂的长度会略为变长而另一臂的长度则略为缩短,这样就会造成光程差发生变化,因此激光干涉条纹就会发生相应的变化。


人类再次直接探测到双黑洞合并的引力波


激光干涉仪工作原理示意图:没有引力波经过时,两束激光干涉相消,没有信号输出;当有引力波经过时,干涉仪臂的长度就会发生交替改变,从而检测到振荡信号。

LIGO的时间简史

1967年,麻省理工学院的实验物理学家莱纳·魏斯(Rainer Weiss)开始建造激光干涉仪的原型设备,但最后没能成功运行。

1968年,加州理工学院的理论物理学家基普·索恩(Kip Thorne)开始对引力波进行论证研究,研究表明引力波的探测是绝对可行的,这为后续引力波实验增加了信心。

1991年,麻省理工学院与加州理工学院在美国国家科学基金会(NSF)的资助下,开始联合建设“激光干涉引力波天文台”(LIGO)。

1999年,LIGO初步建成,2002年开始运行。

2007年,LIGO进行了一次升级改造,包括采用更高功率的激光器、进一步减少振动等。升级后的LIGO被称为“增强LIGO”。

2009年7月,增强LIGO开始运行。

2010年,增强LIGO停机,进行了为期五年的重大升级改造,被称为“先进LIGO”。

2015年9月14日,尚处于工程模式(engineering mode)阶段的“先进LIGO”就探测到了疑似双黑洞合并的引力波信号。经过数月的数据分析研究,排除了各种可能的其它原因, LIGO联盟于2016年2月11日向世界宣布:人类首次直接探测到了引力波。

2015年9月18日,“先进LIGO”宣布正式运行,灵敏度提高了4倍,也就是说探测距离增加了原来的4倍,探测的空间体积增加了64倍。

2015年12月26日,“先进LIGO”又探测到了两颗黑洞合并的引力波事件。LIGO联盟于2016年6月16日向世界宣布:人类又探测到一起黑洞合并引发的引力波事件。

分布在世界各地的引力波探测器


人类再次直接探测到双黑洞合并的引力波


分布在世界各地的已建和计划中的引力波探测器

目前主流的引力波探测器都是这种基于迈克耳孙干涉仪的原理。世界范围内,除了美国的LIGO引力波探测器之外,还有德国和英国合作的GEO600、法国和意大利合作的VIRGO、日本的TAMA300以及计划中的KAGRA(原LCGT)、澳大利亚计划中的AIGO以及印度计划中的LIGO-India。

值得一提的是,科学家也在利用一种叫“脉冲星计时阵列”(PTA)的射电天文方法探测更低频率(纳赫兹)的引力波。它们在探测波段上形成很好的互补关系。

美国探测到引力波引起了全世界的极大轰动,我国的两大天基引力波探测计划也揭开了神秘的面纱。据相关报道,它们分别是由中科院提议的“太极计划”以及中山大学提议的“天琴计划”。“太极计划”的构想是发射三颗绕太阳运行的探测器,组成引力波探测阵列,与欧空局的LISA/ eLISA十分相似。“天琴计划”的构想是发射三颗探测器到地球轨道,组成引力波探测阵列,高度大约为10万千米,针对确定的引力波源进行探测。除此之外,中科院高能所还提出了利用射电手段探测宇宙原初引力波的“阿里”计划。


人类再次直接探测到双黑洞合并的引力波


【责任编辑:孙晓曼】

齐鲁“七星”上岗记:山东千亿工业场景长出百余个行业大模型

从码头排泊到井下巡检,从波峰焊换产到一键炼钢,山东41个工业大类实现大模型全覆盖。10月14日,济南黄河国际会展中心,2026人工智能产业大会开幕首日。作为大会平行论坛之一,“齐鲁制造会客厅”人工智能垂直领域大模型专场活动上,海若、天智、星际、云鼎、星港、尚智、奇智孔明——“齐鲁七星”集中亮相,覆盖高端装备、化工、轻工、冶金、矿山、港口物流等重点领域。这场国家级产业盛

中俄蒙国际科技创新合作中心落户黑龙江

“十五五”将建设联合实验室、研发中心不少于70个。依托哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所等单位,围绕新材料、能源动力、海洋极地、生命健康等领域,与俄罗斯、美国、哈萨克斯坦等31个国家的科研机构合作,启动建设4家“一带一路”联合实验室,建成11家科技部国际科技合作基地、67家省级国际科技合作平台。

“先使用后付费” 黑龙江科技成果转化探新路

今年以来巳落地转化重大科技成果506项,14项牵头成果获2025年度国家科学技术奖。深入实施深化科技成果产业化突破年行动,聚焦科技成果转化堵点,打出政策组合拳,完善全链条支撑体系。截至目前,黑龙江已落地转化重大科技成果506项。张喆表示,黑龙江聚焦扶持科技企

怀柔科学城“十五五”开局:37个设施平台全面运行,千亿资金池托举原始创新

金秋十月,雁栖湖畔,怀柔科学城迎来建设十周年的关键节点。这座面积超过100平方公里的科学之城,正从“建设运行并重”全面转向“注重运行成效”,以“运行为主”的新姿态开启“十五五”新征程。37个设施平台落地,设施密度全球前列怀柔综合性国家科学中心已进入“运行为主”新阶段。截至目前,科学城已落地科技设施37个,其中17个面向全球开放共享,设施密度、建设强度均居

“十五五”黑龙江科技创新五大维度精准发力赋能龙江全面振兴

黑龙江省委宣传部、黑龙江省人民政府新闻办公室主办的“开局起步‘十五五’——奋力谱写中国式现代化黑龙江新篇章”系列主题新闻发布会,介绍黑龙江省“着力推动发展方式从资源驱动为主向创新引领为主转变”的进展成效。黑龙江省科学技术厅党组书记、厅长陈苏作了主旨介绍,全面介绍了黑龙江省科技创新阶段性亮眼成效,并重磅解读“十五五”时期科技改革发展总体部署与重点任务

中共中央 国务院关于发展新质生产力的意见

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻党的二十大和二十届历次全会精神,认真落实四中全会部署,完整准确全面贯彻新发展理念,坚持创新主导、改革为要、因地制宜、先立后破,坚持高技术、高效能、高质量,统筹处理好政府和市场、质态和业态、改革和发展、自主和开放的关系

未来已来,落地为先:2026未来产业创新发展大会亮出雄安答卷

9月29日,以“新质引领·未来已来——共建高质量发展新范式”为主题的2026未来产业创新发展大会在河北雄安新区举行。政商学界代表齐聚这座“未来之城”,围绕未来产业从技术突破走向场景落地、从政策驱动走向商业验证展开深入研讨。大会集中发布三项核心成果,雄安新区则以平台、场景、生态联动的实践,交出一份“未来产业如何落地”的答卷。大会发布的三项成果分别是《未来产

从跟跑到领跑:中国科技创新实现历史性跨越

国家创新指数跃居全球第九,科技强国建设迈出坚实步伐。科技部部长阴和俊在会上介绍,我国科技创新跃上新台阶,科技强国建设迈出坚实步伐,我国正从全球科技参与者、贡献者向开拓者、引领者加速转变,成为创新力上升最快的国家之一。创新指数提升 研发投入创新高据中国科学技术发展战略研究院发布的《国家创新指数报告20

研发人员总量世界第一 中国科技人才“家底”首次全景披露

科技部部长阴和俊在国新办发布会上勾勒教育科技人才一体发展路线图。“全世界规模最大的教育体系”“学科门类最齐全的人才资源”“总量位居世界第一的研发人员队伍”——9月29日下午,科技部部长阴和俊在国新办“开局起步‘十五五’”系列主题新闻发布会上,用三个“最”字,向外界披露了中国科技人才“家底”的全景画像。这场发布会正值“十五五”开局之年,阴和俊的表述传递出一个清晰信号:

高校告别“一把尺子”时代:分类改革重塑中国高等教育新生态

从“金字塔”到“五指山”,三千余所高校将各安其位、各展所长。中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于分类推进高校改革的意见》,对分类推进高校改革作出系统部署,明确提出科学构建高校分类发展体系,确立高校分类框架,构建多赛道、多主体的评价体系。改革为何势在必行?近五千万在校生呼唤“多样化赛道”截至2025年,全国共有高校31

黑龙江加快锻造产业工人“工匠方阵”

到2030年将培育25名大国工匠、500名龙江工匠,技能人才总量达400万人。9月15日,黑龙江省委宣传部在哈尔滨举行“黑龙江省深化产业工人队伍建设改革进展情况”新闻发布会。此次发布会旨在贯彻落实党的二十届三中全会精神,进一步全面深化改革,推进产业工人队伍建设改革。黑龙江省总工会党组书记于志伟发布全省产改五年来阶段性成果并介绍深化改革相关工作。黑龙江省委社会工作部副部长

医保价格立项“关口前移” 高水平医疗创新迎来“无缝衔接”时代

国家医保局试行预立项制度,为新技术新产品铺就从实验室到病床的“高速路”。长期以来,一项医疗新技术从获批上市到进入临床收费,往往面临一段不短的“等待期”。如今,这一局面有望被彻底改变。9月15日,国家医疗保障局印发《关于试行高水平新技术新产品医疗服务价格项目预立项制度的通知》(医保发〔2026〕23号),明确探索建立医疗服务价格项目预立项制度,推动科技创新成果转化运用,促进

从“做大做强”到“做美”:杭州举办AI未来组织发展论坛,探寻AI时代企业组织变革新路径

提出“以心性驾驭技术”核心理念,“未来组织促动者联盟”正式发起。“企业如何成为未来型组织”为主题,由惊蛰书院、长三角(浙江)人工智能研究院、道法智联联合主办,来自学界、企业界、咨询界的百余位代表围绕人工智能浪潮下企业组织变革方向展开深入研讨。区别于一般性AI技术分享活动,论坛聚焦

当AI听懂工业“行话”:2026全球工业互联网大会的沈阳时刻

9月9日,以“智改数转 AI兴工”为主题的2026全球工业互联网大会在沈阳开幕。这场为期三天(9月8日至10日)的行业盛会,吸引了来自全球政商学研企等领域的嘉宾齐聚辽沈大地。当人们还在热议大模型能写诗作画时,这场大会却将焦点对准了一个更本质的问题:AI能否真正听懂工业的“行话”?工信部数据显示,2025年我国工业互联网核心产业规模已超1.6万亿元,具有一定行业影响力的工业互

第二十六届投洽会现场奏响科创强音 厦门科学城“新技术新产品发布会”重磅启幕

9月8日,第二十六届中国(厦门)国际投资贸易洽谈会期间,厦门科学城新技术新产品发布会在厦门国际博览中心举行。14个来自全球的前沿技术成果集中亮相,覆盖未来材料、未来健康、未来信息三大重点领域,以一场思想碰撞与成果共享的饕餮盛宴,奏响科技创新引领产业变革的时代强音。

抢占未来产业制高点 长沙全链条布局量子产业集聚区

加快布局量子产业集聚区,抢占未来产业竞争制高点。汇聚国防科技大学、中南大学、湖南大学、湖南师范大学等高校科研力量,构建了量子传感与精密测量、量子成像与量子材料等多个细分方向的创新网络。

杭钢旧址长出“中国算谷”:一座老工业城的算力逆袭

就在前两天,杭州市拱墅区一口气迎来两个省级平台——浙江省数据集团有限公司揭牌成立,浙江省信通人工智能产业创新研究院揭牌。一个管全省数据“怎么打通、怎么用”,一个专攻AI产业“怎么布局、怎么生态”。两大省级平台落子拱墅,意味着“中国算谷”的棋局从布局阶段正式进入成势阶段——算力有支撑、数据有源头、生态有规划、场景有应用,人工智能的四大要素实现闭环。这座“中国

5个项目狂揽3个一等奖 石家庄“数据要素×”省赛交硬核答卷

随着最后一场路演答辩结束,2026年“数据要素×”大赛河北分赛在邯郸市完成全部赛程,圆满收官。在这场汇聚全省数据创新力量的年度盛事中,石家庄市以5个参赛项目斩获3项一等奖的亮眼成绩,交出了一份含金量十足的答卷。本届河北分赛共吸引2028个项目报名参赛,经各地初赛激烈角逐,最终83支队伍闯入省级决赛,覆盖工业制造、金融服务、现代农业等14个赛道。全

鞍钢突破高钢级大壁厚管线钢技术瓶颈 为国家能源通道建设提供硬核支撑

标志着鞍钢在高钢级、大壁厚管线钢领域取得关键技术突破,为我国重点能源工程建设提供了有力材料保障。L555M是国际长输管道主流用钢,21.4毫米厚规格产品的稳定生产,长期被视作行业技术难题。厚料轧制过程中,中心偏析、晶粒粗化、低温韧性与表面质量兼顾难等问题,一直制约着国产化进程。
返回
顶部