怎样建造引力望远镜_趣味物理-查字典物理网

我们熟悉的望远镜是用来捕获电磁波的，那么怎样建造一个引力望远镜来捕获引力波呢？原理很简单。正如电磁波引起接收天线振荡一样，引力波也使与其相遇的物质以一定方式振荡，使时空橡皮地毯出现轻微波动，时空距离发生伸长或缩短。例如，如果探测器是一块固体物质，当引力波穿过时该物体的不同部分就会沿不同方向有所移动，即出现形变。

物体中两点间的间隔在引力波作用下发生的变动大小能给出引力波的振幅，而引力波的振幅是其能量的直接量度。银河系中心两个恒星级黑洞的碰撞将会使一个1米长的棒状探测器两端发生一万亿分之一毫米的移动，约为一个氢原子尺度（1个氢原子的大小约为1埃，l挨=10^-10米）的十万分之一。

在20世纪60年代，美国马里兰大学的约瑟夫·韦伯（Joseph Weber）曾制造了一个很大的铝质圆柱体，预期其长度会在来自银河系中心引力波作用下发生振荡。他认为自己已经得到了肯定的结果，并因此而轰动一时。但是在世界上其他许多地方所做的类似实验表明，他对实验误差所做的解释是不正确的，因为他的装置所能探测的最小振幅要比银河系中心一次超新星爆发所产生的引力波振幅高出1万倍。因此，尽管韦伯做了很重要的工作，他的仪器却并未精密到足以胜任这项工作的程度。另外，对银河系中心超新星的探测还有一个问题：银河系中心的超新星爆发平均每35年一次，而爆发过程中的引力波暴只能持续不到1秒钟的时间。

最有希望探测到引力波的地方是室女星系团，那里有几千个星系聚集在天空中一个很小的视角范围里，超新星爆发和脉冲双星周期的衰减所发生的频率大约是每星期一次。但是室女星团距地球的距离是5000万光年，比银河系中心远5000倍，这就意味着要探测到那里的一个超新星产生的引力波暴，引力望远镜就必须比用于探测银河系中心类似事件的装置灵敏100万倍。

尽管有如此多的技术困难，引力波的探测技术还是取得了长足的进展，并可能在近期取得突破。目前一些科学家正在研究第二代棒状探测器。这种探测器更敏感也更昂贵，并且在接近绝对零度的条件下工作。

另一个更有希望的最新方法是利用光学干涉技术，称为引力波干涉天线。其原理是测量两面大质量镜子之间距离的振荡。这两面镜子放在长支架的端点上，它们的距离用一个光学干涉仪系统来检测。这实际上是一种改进的麦克尔逊──莫雷实验，但它不再是用来测量以太的绝对运动，而是测量时空的抖动。镜子之间的距离越大，从系统内部的“背景噪声”（由地震波、声波等等所引起）中检测出引力波效应的机会也就越大。如制造出极高质量的镜子，使之能实现连续几十次光反射，则当镜子之间的实际距离是3公里时能得到的等效距离是120公里。

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