引力波和如何探测引力波

引力波和如何探测引力波
   
   今天有网友提出：“你好！能否给我们简单介绍一下“激光干涉引力波天文台”探测引力波的工作原理，好吗？！”


以下是回复：

什么是引力波？

在物理学上，引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动，如石头丢进水里产生的波纹一样，引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”，这种波可以造成空间的拉伸和压缩。当然，通常引力波的产生非常困难，地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进，发出的引力波功率仅为200瓦，还不如家用电饭锅的功率大。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件才可能形成强大的引力波。

如果石头对水波的影响你还是不容易理解，那就换种物体来感觉引力波的产生。你可以想象有一张很软的海绵床，上面铺着一个平整的橡胶膜。一只蚂蚁、及一个人分别在这张海绵床上跳动。这些跳动都会在床上引起波动，但是因为蚂蚁和人的质量不同，所以形成的波动也是不一样的。波动的不同，就会使橡胶膜形成不同的褶皱。蚂蚁质量小，虽然拼命跳动，也很难使橡胶膜发生形变。而人在上面跳过，橡胶膜每一次都会有较大的波动。

质量越大，空间被弯曲和扭曲得越厉害。地球围绕太阳转动，就是因为太阳质量非常大

如何探测引力波

床单的褶皱是我们比较容易发现的，但是引力波造成的空间“褶皱”测起来却非常困难。因为引力波引起的空间变形非常微小，不能用常规的测量工具去测量。这该怎么办呢？

让我们看看这次探测到引力波的美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)。

“先进LIGO”设施包括两条互相垂直的L型长臂，长度均为4千米。将一束激光用分光镜分成夹角为90°的两束，然后两束激光分别被4千米外的反射镜反射回来并发生干涉，并且这样的反射可以来回进行多次，从而大大增加激光运行的路径长度。由于光的频率和波长完全一致，在正常情况下，这两束激光应该是完全相同的，但是如果存在引力波作用，激光跑过的路程被引力波拉长或者压短，而无论时空如何变化，光速是不变的，这样，激光通过两条互相垂直的L型长臂的时间长度就会发生变化，从而影响探测器的结果。理论上，测量到了这些变化，科学家们就相当于测量到了引力波。

LIGO激光干涉引力波观测站。两个方向的隧道长度为四公里。


科学家们用实验证明了，相同的两束光垂直地发出去，若是引力波在起作用，等回来的时候，这两束光就不一样了。