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爱因斯坦著名的时空“引力波”预言何时能验证?

2017-09-09  点击:次  故事屋

对于LIGO来说,汉福德冬天的寂静只是表象。我从来没见过LIGO的反射镜,每一面都由高度抛光的、明晃晃的石英玻璃制成,呈圆盘状,重40千克。“如果围绕它们移动,你会看到泛出的漂亮颜色,”桑德伯格说,“非常华丽。”

把反射镜打磨到这一状态绝非易事。美国洛杉矶的一家公司先对玻璃表面进行抛光,使之透明。在旧金山附近,再对其材质进行逐个分子地蚀刻,使表面的曲率精度达到一个硅原子直径的误差范围之内。从那里,它们被空运到法国,对其表面进行最终的镀膜,以此来限制镜面分子在已知频率的热运动。如果它们一起振动起来的话,就会像敲击水晶酒杯一样——那是另一种需要考虑的噪声源。

“接下来我们怎么处置它们呢?”桑德伯格说,“我们把它们放入没有人会再次看到它们的真空管中。”LIGO的反射镜和激光束被放置在了近地轨道之下最大的超高真空腔内。在这个约1万立方米的空腔中,它确保了激光束在来回反射的过程不会因为有遗留的任何分子而发生偏折。即便只是靠近到这个真空腔的附近,也要把我的鞋子伸进一个转动的清洁器,去除上面的污垢,然后穿上鞋套,带上头套,以此来更好地控制住我身上不守规矩的分子。

“我们的宝贵资产,”桑德伯格说,“正是空无一物的真空。”

在狂野西部的传说中,风滚草会被吹到空无一物的地方。在汉福德,它们经常会被吹过整个荒原,堆积在LIGO的混凝土臂上,制造火灾隐患。除了噪声之外,清理风滚草并把它们像干草一样打包也是常事。

理论上讲,升级前的LIGO已灵敏到可以探测6500万光年之外的标准源发出的引力波。在10年的运转并一无所获之后,我们现在至少可以给引力波有多强,设定一个上限。(虽然泰勒和赫尔斯发现的那对双星就在我们附近,但它们的绕转速度过慢,辐射出引力波信号的频率远远低于LIGO可探测的阈值。只有在大约3亿年后,这两个天体最终并合之前,它发出的引力波才能被目前地球上的探测器捕捉到。)

将于今年投入使用的高级LIGO,能将这一探测距离扩大10倍。换句话说,它能够搜索的空间体积将扩大1000倍——这是一次巨大的飞跃。从地震干扰到单个分子的热运动,过去10年,科学家已经对所有已知的经典噪声源进行了研究,并想办法对它们进行了抑制。这些噪声使得反射镜发生运动,模仿或掩盖掉引力波信号。兰德里很有信心地说,如果确有引力波通过升级后的LIGO,它一定会探测到。“我们不想再进一步给出更低的上限了。我们现在的目标是做出发现。”

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