LIGO探测器---雷纳·韦斯(Rainer Weiss) LIGO探测器故事从1967年始于麻省理工学院,当时物理学教务主任要求我设计一门广义相对论课程。当时,广义相对论已被纳入数学系的研究领域。虽然是引力理论,但绝大多数人也认为它与物理学没什么关系。这主要是因为爱因斯坦理论预测的可观测效应本来就是无限小的,这很难用实验物理学去验证。 爱因斯坦曾看着他的引力公式说道:“所研究的数字和维度都太小了,小到不会对任何事物造成影响,也没有人能够测量。”当你回想1916年的技术条件时,他可能是正确的。 过去100年发生了一些大事,天文学的发现表明,人们在1916年所掌握的有关紧密压缩源、无限密度方面知识是非常有限的,比如中子星和黑洞。但现在,我们拥有各种技术去做精确测量。从激光、微波激射器、精密电子仪器、计算机,到大批的科研人员,这些都是那个年代所不敢想象的。 所以,当我们准备开始寻找引力波时,人类已经在技术和知识方面做好了准备。 20世纪60年代,马里兰大学的约瑟夫·韦伯(Joseph Weber)认为,寻找引力波需要的技术条件可能已经具备,并发明了一种探测方法。他想象有一种具有极大质量类似木琴的东西,称为谐振棒(韦伯棒)。当有引力波穿过时,谐振棒会在不同方向上被拉伸和压缩,同时产生一个脉冲信号。当引力波的频率恰好和谐振棒本身的特征频率相符的时候,则会产生可被探测到的声音。 这是寻找引力波的第一个实践,韦伯当时也宣称发现了引力波。 我在教授课程时,学生也很有兴趣去了解这方面的知识。说实话,当时我觉得可能一辈子都弄不明白韦伯当时在做什么,这就是问题所在,因为这与我当时对广义相对论所有的认知相左,所以我也无法向学生解释。 这就是我当时的窘境。我在想,用什么方式才能够最简单的向学生展示引力波的影响。 当时对我而言很显然的方案是:对在太空自由飘动的物体,测量光线在它们之间往返所需的时间。如果存在引力波,光传递的时间会有变化。通过对传递时间差异的观察,可以测量引力波的振幅。这一过程的公式很容易编写,班里的绝大多数学生都能做到。请忽略当时并没有精密仪器去做测量,而仅仅停留在脑力实验这一事实。但大原则是没有问题的。 此后,我没有就此事再做更深入的考虑,直到一年后,我意识到韦伯的实验可能有些问题,因为其他人都没有得出他的结论。或许是他的实验方法有问题,甚至是整个理论体系都出了问题。 一个夏天,我坐在被称为“胶合板宫殿”、位于瓦萨大街(Vassar Street)20号楼的一个小房间内,花了一整个夏天研究我向学生们提出的想法,我想到了激光,我们是否真能用它来探测引力波?答案是肯定的,激光绝对是一种比韦伯的方式更有力的验证手段!
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