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引力波的故事  连载五

(2016-03-10 11:35:24)
标签:

引力波频率

韦伯探测器

激光干涉探测器

迈克尔逊干涉仪

洛伦兹收缩

分类: 物理基础概念探索

       引力波的故事  连载五    2016-03-10

       

       寻找引力波——盲人骑瞎马

在上个世纪的60年代,美国马里兰大学有一名物理学家名字叫韦伯(Joseph Weber),是一位引力波的热心追随者,为了寻找引力波他发明了一个引力波探测器,这种探测器后来被称为韦伯探测器。

    图:韦伯和他的引力波探测器(1965年)

引力波是什么?频带是多少?引力波的频率与发射体的尺寸有关吗?接收体的体积大小和质量的大小与接收频率有关吗?为什么不同的物体的大小、密度、材料不同都能接受到与质量正比的引力呢?韦伯探测器的尺寸与质量凭什么确定的?其实人们什么都不知道!依据传说就制造探测器和寻找引力波,只能说好比盲人骑瞎马!

中国古代的时候就有和尚早发现寺庙的钟声可以引起一些器皿的共振的记载,20世纪韦伯也制造了一个直径1米,长2米,质量约1000千克铝制的共振器来探测引力波。他认为引力波和声波一样也会有共振现象,当引力波经过圆柱时,圆柱会发生共振,进而可以通过安装在圆柱周围的压电传感器检测到。引力波的共振和机械波的共振相同吗?引力波和机械波属于同一种波吗?用机械共振来推论引力波没有科学的依据,本质不同的东西不应该随意的类比,这样纯属照猫画虎之类。

韦伯曾经在相距1000千米的两个地方同时放置了相同的探测器,只有两个探测器同时检测到相同的信号才被记录下来。1968年,韦伯宣称他探测到了引力波,立刻引起了学界的轰动,但是后来都不了了之。

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)。LIGO的主要部分是两个互相垂直的干涉臂,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。

韦伯认为引力波可以使物体产生振动的路走了二十多年,终于走到了尽头只好丢掉了,回想当初也曾受到热烈的吹捧。于是又有人大胆的提出新的引力波效应新说,即引力波可以造成大地沿着纵横方向可以产生不同的收缩和膨胀的猜想,并建立了引力波天文台来测量大地的膨胀收缩差。

LIGO的激光干涉引力波天文台的两个测试臂长均为4000米,相互呈90度角,他们认为可以测试到引力波造成干涉仪的一臂的长度会变长,而另一臂的长度会缩短的差值,据说精度可以达到10-18米。

引力波天文台耗掉几十亿美金,是当年韦伯的引力波测试仪的投资不知有多少倍,同样对激光干涉引力波探测器的吹捧之热烈程度也比对韦伯探测器的吹捧高出多少倍。

是高在引力波造成物体震动说与引力波造成大地膨胀和收缩说吗?不是的,我们根本看不见对这两种猜想的任何解释极其理由所在!我们只能看到LIGO对激光干涉引力波天文台的设备和投入的描述,看到对引力波的神奇莫测以及对发现引力波的大肆渲染,看到更多人以科学家、专家、学者的名义对引力波的意义无以复加的高谈阔论。

无论引力波造成物体震动说与引力波造成大地膨胀和收缩说都是没有科学依据的,人们对引力波的认识还是局限于对于传说中的东西不假思索,还是盲人骑瞎,瞎摸乱撞。我们可以从马韦伯探测器落得今天的地步,看到激光干涉引力波天文台的明天,其实设备再昂贵,精度再高级,也要看你测试的东西是否存在,你的测量方法有没有理论根据,而测试到的结果是否是你要测试的东西。

激光干涉引力波天文台的两个测试臂不是漂浮在空中,而是由地基固定在大地上,当然是大地的长度发生了变化,可是经过简单计算,13亿光年远处的3个地球质量的能量辐射,到达地球的时候就会显得那么微不足道了,何以有能量压缩大地产生变化呢?

换一种方式思考,如果大地发生了收缩,那么是地球发生了收缩,如果一个力作用于地球,地球在空间中自由运动,地球受力才能发生形变,需要双向的力才能挤压地球产生一个方向上压缩,同理也需要两个力才能,才能在另一个方向上被拉长,不知道科学家们如何解释。

LIGO人员也说“激光强度的微小变化、微弱地震和其它干扰都可能看起来像引力波信号,如果是此类干扰信号,其记录将只出现在一台干涉仪中,而真正的引力波信号则会被两台干涉仪同时记录。” 两套干涉仪在一起工作构成一个观测对,这就是测得引力波的凭证吗?显然是没有根据的。如果要是地球的另一端有什么地震、爆炸之类,同时激励两个引力波测试仪,就构成认可引力波充分条件吗?这和当年韦伯的两个韦伯对两个探测器的认识,没有一丝毫的进步。

你不能自身证明自己是正确的,还需要旁证。相同的测试器,相同的环境,再有几个也不能作为确认测试结果的依据,不能相互证明。而是需要同时有其他方式的证明,或相同设备在不同环境下的测试,并且还需要被重复的测试到。科学的东西必须是严肃认真的,不随便改变规则,任意乱来。

这不得不让人想起在19世纪发生的一件类似故事

1887年,美国有一位著名的实验物理学家迈克尔逊,为了证明人们传说的以太存在,他发明了一种精密的光学仪器,后来被称为迈克尔逊干涉仪。他想象地球在绕太阳运动的时候,就像是地球在以太中运动,地球在运动中就应该感觉到以太风的吹拂,人虽然感觉不到,用探测器应该能测量到。于是他根据以太风和光速叠加的原理,制造出可以测量出以太漂移的干涉仪,其原理和现在美国激光干涉引力波天文台的工作原理相同,不同的是当时只有普通光源,尺寸也更小罢了。迈克尔逊把干涉仪的两臂中一个垂直以太风的方向,另一个90度横向以太风,光线以不同的角度与以太风相遇的时候应该发生速度上的变化。或者说光线通过两个臂的时间会稍有不同,通过光波的干涉可以得到时差,所以干涉仪有极高的灵敏度。遗憾的是经过不同的时间和测试的方向,始终没有发现时差,最后迈克尔逊不得不宣告以太漂移实验失败,从而人们认为以太是不存在的,但是迈克尔逊虽败犹荣,这个实验被认为19世纪著名的实验,即“迈克尔逊——莫罗以太漂移实”。

有趣的是荷兰物理学家洛伦兹深信传说中的以太必须存在,可是如何解释迈克尔逊的实验结果呢?洛伦兹冥思苦想,终于想出了一个让世人瞠目结舌的理由,那就是垂直以太风的测试臂发生了收缩现象,所以稍慢的光经过稍收缩的测试臂,恰巧光经过两个测试臂的时间相等!时空经过100多年的变换,竟能出现美国激光干涉引力波天文台的设计者认为引力波能造成一臂的长度会略为变长而另一臂的长度则略为缩短的解释,这是不谋而合还是闭眼照搬呢?引力波凭什么能使物体发生延长和收缩呢?这既不是相对论的内容,也不是爱因斯坦说的话,这种物体收缩、膨胀的发明者是谁呢?

麦克尔逊的聪明之处是虽然没有摸到象,却敢于大胆的承认,所以仍然受到人们的尊敬。洛伦兹为了以太不惜异想天开他创造出来了物体收缩思路,遭到绝大多数科学家们的吐槽,可是有趣的是,洛伦兹物体收缩论被爱因斯坦吸收,并改名为长度收缩,并由此发明了狭义相对论,相对论对错暂且放下不论(有兴趣者可看本博),但是相对论却能不战而胜,爱因斯坦誉满全球。所以爱因斯坦尊称洛伦兹先生为相对论先驱,可是洛伦兹并不买爱因斯坦的账,楞是不承认相对论,一直到死都坚强不变,真是一个倔强的老头。

回过头来看,迈克尔逊的以太漂移实验,无论从实验目的、实验的理论、测试方法都存在着错误,从实验的结果上看也不能确切证明以太不存在(感兴趣者可见本人博客“迈克耳逊和他的以太漂移实验”)。引力波实验也无论从实验的目的,实验的理论以及测试的方法也同样存在着错误。历史惊人的相同,人也惊人的相同,同类的事情做了一遍又一遍,一次没搞明白,再来一次还是没搞明白。

让人不能理解的是,为什么有人不先研究引力波是否存在,就愿意闭着眼睛去摸象,如果真有象在那里也罢,终归是摸到了,像不像慢慢来,可是压根就没有那只象!从韦伯震动说造韦伯引力波测试器,到LIGO的收缩膨胀说造激光干涉引力波测试器,八字说不清楚一撇,这根本不是在搞科学研究。

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