我国三年夜引力波探测项目，有看冲破根本科学，就是有点烧钱，这钱值得花吗？ -

虽然人类在100多年前就预言了引力波的存在，但是由于引力波到达地球附近的强度非常弱，所以一直未能被人类检测到。直到2015年9月14日，才由美国LIGO（引力波探测器）首次测量到来自13亿年光年之遥两个黑洞碰撞产生的引力波

在我国引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星（GECAM）发射之际，我们一起来了解一下引力波的相关情况。

gecam探测器

gecam探测器硬件图片

什么是引力波

引力波，属于物理学的定义，指带质量物质在加速时对时空造成的扰动（涟漪）以波的形式向外传递。引力波最早概念是从爱因斯坦广义相对论预言的，它是广义相对论洛伦兹不变性的结果。

引力波特性：引力源附近不需要任何物质存在，传播速度为光速，可以穿透电磁波所不能穿透的区域，几乎可以穿透整个宇宙。但是引力波携带能量很小，物质对引力波吸收极低，因此引力波很难被发现。

引力波探测器

研究引力波的意义

有人将引力波发现堪比当年电磁波的发现，当之无愧的诺贝尔奖级别，可见其重要性。研究引力波，一是为人类打开另一扇研究宇宙的大门，是基础科学的突破；二是预示人类即将迈入时空领域；三是可以促进精密仪器的发展。这些研究，无论是对于国家，还是对于全人类未来发展，意义都非常重大。

黑洞和引力波

LIGO

LIGO中文全称是激光干涉引力波天文台，是利用激光干涉仪来探测宇宙深处引力波的大型仪器。世界最大的LIGO探测器由两个激光干涉仪组成，每个干涉仪都带有2个直径1.2米，长度达4公里的圆形臂筒，臂筒内部为真空状态。

LIGO探测器

LIGO 使用的激光干涉仪是迈克尔逊干涉仪，其测量原理是：因为不同长度的干涉臂会对同样的引力波产生不同的响应，因此可以使用激光光束来测量两条相互垂直的干涉臂的长度差变化。换句话说，如果激光源发出的光束经一定距离，再由反射镜子反射回来，过程如受到引力波影响，那么其所用时间必定发生变化。

LIGO示意图

LIGO的真空系统是世界最大、最纯的真空系统之一。而在光学方面，使用的是高功率的连续稳定激光，使用极为精细的低吸收镜子反射，以及FP腔和功率循环腔。光学测量精度极高，可以探测到质子尺寸千分之一的位移！

引力波发现

引力波是爱因斯坦在1916年预言的，但是全世界科学家花了100年时间才寻找到它。

1、间接证明：1974年麻省大学的物理学家家泰勒教授和其学生，进行了著名的脉冲双星 PSR1913+16实验。由于两个致密天体彼此靠近旋转，就会产生引力辐射，引力波外传将带走部分能量，从而使得系统能量减少，天体运行轨道半径和周期也将不断减少。该实验经过长达30年时间的跟进观测，发现运行周期和半径减小与相对论预测结果精确符合，这是人类首次间接证明引力波的存在。

2、直接发现：2015年9月14日5时51分，美国LIGO天文台位于利文斯顿的探测器首先传出声音，而7ms之后，位于汉福德的探测器也传出声音。这个7ms时间差和引力波在这两个探测器之间传输的时间一致，至此人类终于首次直接探测到来自宇宙深处的引力波。

LIGO探测的黑洞位置范围

2016年，LIGO第二次接收到引力波，这也是人类历史上第二次直接监测到引力波；2017年10月16日，人类首次收到双中子星发出的引力波。

中国引力波探测

我国也有相应的引力波探测项目，主要有如下三个：

1、太极计划：将发射3颗卫星，构成一个边长300万公里的等边三角形引力波探测星座，类似与欧洲的eLISA计划，卫星计划于2033年发射。

2、天琴计划：我国独立自主的引力波探测项目，最终将在距离地球10万公里上空构建一个引力波天文台，总投资约150亿元。目前处于验证多项关键技术，攻克下一代重力卫星技术中，与美德同一起跑线。

天琴计划

3、阿里实验计划：在西藏阿里地球建立的地面引力波探测站，将安装小型但具有大视场的射电望远镜。

可能有人会问，既然地面LIGO已经发现了引力波，为什么我们还要搞天基的？这是因为引力波与电磁波一样，也有很宽的频谱。LIGO发现的引力波属于高频引力波，对于低频短引力波就无能为力了。所以太极和天琴计划等天基引力波天文台，都是奔着低频引力波去的。

爱因斯坦蜡像

后话

我国的这些引力波探测项目都很具有前景，对于我国未来基础科学突破具有重大意义。但是有一个比较大的问题，那就是烧钱。当然，这也是全世界基础科学研究都面临的共同问题。基础科学的突破，科技发展的突破，归根到底都是钱的问题！

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