参考资料

      激光干渋引力波天文台的探测原理

    根据读者要求，据有关資料，将激光干涉引力波天文台的基本原理简报如下，供大家参考。

    激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，缩写为LIGO)，是指美国分别在路易斯安那州（在美国东南部）的列文斯顿和华盛顿州（注意，在美国西北部）的汉福德建造的两个引力波探测器。

    科学家宣布可能探测到宇宙诞生之初的引力波事件，这个发现使得我们可以窥视到宇宙诞生甚至未来的命运，之所以引力波探测显得非常困难是因为当前的探测手段非常"落后"，设备的灵敏度不够，因此科学家一直在试图打造更先进、更灵敏的引力波探测器。激光干涉引力波天文台于1999年11月建成，耗资3.65亿美元。2005年，激光干涉引力波天文台开始进行改造，包括采用更高功率的激光器、进一步减少振动等。2015年，最新的激光干涉引力波天文台正式上线，使用激光去调查宇宙中"虚无缥缈"的引力波，尤其是黑洞、中子星事件背后的引力波现象。科学家在接下来的数年时间内，激光干涉引力波天文台可以探测到3亿光年远的引力波事件，但科学家认为要发现信号强大的引力波还需要更远、更灵敏的探测器，预计在2017年可具备对5亿光年外引力波事件有调查能力，总之要想探测到引力波，就需要足够灵敏的探测器。

    事实上，引力波就像是时空的涟漪，如果将时空想象成水面，那么天体碰撞事件就如同一块石头落入水中所引发的水波，只不过引力波的传播速度可以达到光速。为了寻找引力波，科学家需要借助宇宙中的极端事件，比如黑洞合并、中子星事件等，因为大质量天体可以产生相对较强的引力波。

    最新建造的激光干涉引力波天文台在华盛顿州与路易斯安那州之间架设了两个引力波探测器，其原理使用了迈克耳逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的原理等，主要部分是两个互相垂直的长臂，每个臂长4000米，臂的末端悬挂着反射镜，管道采用不锈钢制成，直径1.2米，内部真空度为10^-12大气压。大功率的激光束在臂中来回反射大约50次，使等效臂长大大增加，这样就会形成干涉条纹，如果引力波传播到地球上，那么就可以引起干涉条纹的位移。

    激光干涉引力波天文台的灵敏度是空前的，但科学家也不十分肯定能否探测到引力波，可以肯定的引力波在宇宙中是存在的，这需要宇宙级的碰撞事件，路易斯安那州立大学物理学和天文学教授认为两颗中子星碰撞或者黑洞事件可产生强大的引力波，并传播至地球，只不过如此事件较为罕见，在银河系内大约平均每1万年会发生一次。

    引力波是爱因斯坦的广义相对论预言的一种时空波动，激光干涉引力波天文台设计目标是检测密近双星、超新星爆发、致密星的合并、宇宙弦等天体物理过程中产生的引力波。

    20世纪60年代美国科学家约瑟夫·韦伯建造了铝制的棒状引力波探测器，试图用谐振原理探测引力波，后来世界各国又陆续建造了一些棒状探测器，但是效果并不理想。

    1970年代，加州理工学院的莱纳·魏斯等人意识到用激光干涉方法探测引力波的可能性，但是引力波的探测要求仪器的灵敏度达到能够检测长度到为10^-21量级的变化，也就是1000米的长度上变化10^-18米，相当于质子尺度的千分之一，对技术的要求极其苛刻。20世纪90年代，如此高灵敏度所需的技术条件逐渐成熟。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的资助下，开始联合建设激光干涉引力波天文台。为了降低地震对系统带来的干扰，光学装置安装在结构复杂的防振台上，为降低空气分子热运动的影响，光路中抽成10^-12大气压的真空。此外还要在路易斯安那州和华盛顿州建造两个相同的探测器，彼此相距3000公里。只有两个探测器同时检测到信息时，才有可能是引力波的信号。

                                                              2016.2.28.集录并稍有修改。