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发帖数: 5032 | 1 引力波
带人类倾听星辰大海之声
新浪科技
ugmbbc
8小时9分钟前
在一波又一波传言后，终于！北京时间2016年2月11日23：40左右，激光干涉引力波天
文台（LIGO）负责人、加州理工学院教授David Reitze宣布，人类首次发现了引力波。
发布会上究竟揭开了哪些谜团？与之前的传言有何不同吗？中国科学院国家天文台黑洞
来客团队（团队主要成员苟利军 研究员为国家天文台恒星级黑洞研究创新小组负责人
，而这次被探测到的引力波正是来自双黑洞系统），全面解读这场激动人心的发布会。
正如发布会所言，在被预言将近百年、苦苦追寻几十年之后，首个位于地球之外13亿光
年的引力波源GW150914被人类直接探测到，这是一个值得纪念的伟大时刻，一个新时代
的序幕正在拉开——地球人，欢迎你来到引力波时代！
激动人心的发布会结束了，其重点内容可以被简单归纳为三点：
（1）引力波终于被探测到了。
（2）引力波产生于两个恒星量级黑洞的合并（merger）。
（3）引力波是美国的激光干涉引力波天文台（英文简称LIGO）发现的。
接下来，让我们逐个分析和解释一下以上三点，从而对这项具有划时代意义的科学发现
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发帖数: 5032 | 2 来自主题: Joke版 - 从引力波谈爱因斯坦的幸运 作者：施郁 （复旦大学物理学系） 2016年2月12日是中国农历大年初五。因为所谓“抢财神”的习俗，在零点前后，我当时所在的城市鞭炮声大作。这成了我浏览互联网上铺天盖地的引力波被探测到的新闻发布和原始论文的喜庆伴奏。当时, 我想到爱因斯坦的幸运，便开始写这篇文章。 爱因斯坦曾经感叹牛顿的幸运，而他自己又何尝不幸运至极。他在广义相对论方面的工作就有很多幸运之处。 在创立狭义相对论并为量子论奠基十年以后，居住在柏林的爱因斯坦在个人婚姻纠葛的时期，于1915年创立了广义相对论[1,2,3]，并在次年预言了引力波的存在[4,2]。1918年他得到能量变化率与质量4极矩3阶变化率的关系[5]。美国激光干涉引力波天文台（LIGO）观测到引力波这件事正好成为对广义相对论100周年的纪念。 广义相对论的精髓是物质运动与时空几何的统一和相互影响，在引力场方程上表现为能量和动量与代表时空弯曲程度的量之间的相等。引力使得时空弯曲，需要用非欧几里德几何描述。爱因斯坦创立广义相对论时，物理学家对此还不熟悉，但数学上对于非欧几何已经有深入的研究。在20世纪50年代后的广义相对论和杨-米尔斯场论大发展之前，几何独立于理论物理，取得了长足的进展，可以用杨振宁的诗句“欧高黎嘉陈”概述（指欧拉、高斯、黎曼、嘉当、陈省身）。而爱因斯坦创立广义相对论时，幸运地得到了他的数学家朋友格罗斯曼（M. Grossmann）的帮助，导致他能够最终成功地将物理思想用数学公式表达出来。 创立广义相对论的高潮在于爱因斯坦1915年的一段非常紧张的工作[2,3]。6月他在哥廷根向希尔伯特等人做了一个星期学术报告，介绍他在广义相对论上的工作。10月，爱因斯坦发现自己工作有错误，还听说希尔伯特也发现了他的数学错误并正在取得进展。11月4日开始，按照既定安排，爱因斯坦在普鲁士科学院每周一次介绍广义相对论。经过非常紧张的工作，爱因斯坦终于在11月16日收到希尔伯特的引力场方程之前取得成功，并算出与天文观测相符的水星近日点进动。在11月25日的最后一次报告中，他终于能够写下他的引力场方程。幸运的爱因斯坦！ 1861年，麦克斯韦写下后来以他的名字命名的电磁场方程组，在接下来的几年内他提出了电磁波的存在，并认为司空见惯的光就是一种电磁波。而完备的专著发表于1864年。赫兹在1887年（即麦克斯韦去世8年后）人工产生并探测了无线电波这种电磁波。与之类似，1916年爱因斯坦发表了一篇论文，预言了引力波[2]。爱因斯坦去世60年后的现在，引力波终于被探测到。在4中基本相互作用中，只有电磁作用和万有引力是长程的，所以引力波显然是了解宇宙的一个新窗口。 波是振动的传播。而引力波所传播的是时空度规的振动。度规是一种几何性质。比如平面或者球面上两点之间的间隔都可以用面上的坐标算出，但是公式不一样，这就是因为度规不一样。而在相对论中，有一个与参照系无关的固有时间间隔，它可由时间间隔和空间坐标间隔算出，具体的公式也取决于度规。当物质质量分布发生巨大的变化时，比如高密度天体（如中子星或者黑洞）之间碰撞或者恒星爆炸或坍塌时，会产生引力波。胡斯（R. A. Huse）和泰勒(J. H. Taylor Jr.)于1974年发现的脉冲双星（两个互相旋转的脉冲星）的轨道不断减小，这可以用引力波来解释。他们获得了1993年的诺贝尔物理学奖。理论上认为，宇宙极早期的暴涨会产生原初引力波，从而导致宇宙微波背景辐射在某个尺度上有某种偏振现象。该现象被位于南极的宇宙学河外偏振背景成像（BICEP2）望远镜于2014年观察到，但是后来发现是宇宙尘埃造成的。 LIGO观测到的引力波产生于两个黑洞的并合[6]。大约13亿年前两个黑洞并合产生的引力波于2015年9月14日经过LIGO的两个探测器。幸运的是升级后的LIGO在两天前刚开始运行[7]。这两个探测器实际上是两个巨大的迈克尔孙干涉仪。垂直于干涉仪通过的引力波使得每个干涉仪的4公里长的两臂的长度各有微小的振荡，导致振荡的相位差，从而给出振荡的干涉信号。110年前，狭义相对论解释了迈克尔孙干涉仪测量以太漂移的零结果。现在，迈克尔孙干涉仪又测量到了引力波，检验了广义相对论。确实，现代光学和精密测量技术对引力波探测立下汗马功劳，使得LIGO能够测出小于原子核大小的两臂长度差。历史上引力波探测曾催生量子非破坏性测量的概念，也有原来从事引力波探测的研究人员成为量子测量的专家。 回到爱因斯坦。1933年爱因斯坦移居到美国普林斯顿，引力、统一场论和对量子力学的质疑是他当时关心的问题。爱因斯坦和他的助手罗森（N. Rosen）寻找引力波方程的平面波解，发现这使得度规中不可避免会有奇点（变得无穷大）。现在我们知道这只是表明单一坐标系不足以描述平面引力波，就好比南极和北极的经度无法确定，不是物理上真正的奇点。但是他们当时却以此认为引力波不存在。1936年，他们写了一篇文章投到美国期刊《物理评论（Physical Review）》[8]。这时，爱因斯坦的幸运表现在文章被编辑泰特（John Tate）退回，要求考虑审稿人的意见。审稿意见长达10页，出于专家之手。其实，虽然指出爱因斯坦和罗森的错误，审稿人仍然认为这篇文章有值得赞誉之处，建议经过修改后发表。显然，气愤的爱因斯坦没有研究审稿意见，把文章原封不动地改投到《富兰克林学会会刊（Journal of Franklin Institute）》，文章很快被接受。再次幸运的是，从加州理工学院等地访问回来的同事罗伯森（H. P. Robertson，量子力学教科书上不确定关系的证明源于他）通过爱因斯坦的新助手英菲尔德告诉他们爱因斯坦-罗森工作的错误，并帮助解决了问题。这导致最后发表出来的文章结论完全改变了，成为圆柱状引力波[9]。爱因斯坦幸运地没有否定自己20年前对引力波的预言。近年来Kennefick发现，爱因斯坦本来可以通过阅读《物理评论》的审稿人意见知道自己的错误，因为罗伯森正是泰特为爱因斯坦-罗森文章所找的审稿人。这段历史的详细分析和记述来源于2005年Kennefick发表于《Physics Today》的文章[8]以及刘寄星发表于《物理》的文章[10]（根据美国物理学会期刊主编M. Blume参考Kennefick一篇预印本文章所作的报告，包含Kennefick文中所没有的泰特致爱因斯坦两封信件的复印件）。 几天前出现LIGO探测到引力波的传言时，我便想到爱因斯坦的这件事。 1936年的爱因斯坦幸运地被同行评议制度避免了发表一篇错误的论文，而1905年的爱因斯坦恰恰曾幸运地因为德国《物理学年鉴(Annalen der Physik)》的宽松而得以在该杂志发表5篇改变物理学的论文，特别是看上去离经叛道的狭义相对论和光量子论文。而在爱因斯坦移居普林斯顿后完成的爱因斯坦、罗森和玻多尔斯基（B. Podolsky）质疑量子力学完备性的论文（EPR论文）以及爱因斯坦和罗森关于爱因斯坦-罗森桥（即虫洞）的论文都未经审稿在物理评论发表[8]。后来的历史表明这两篇文章也极为重要，当然是应该发表的。EPR成了爱因斯坦被引用最多的论文。Kennefick认为引力波当时是广义相对论众所周知的预言，所以泰特经过犹豫后将爱因斯坦-罗森证明它不存在的这篇论文送审。而关于爱因斯坦-罗森桥的论文是当时与别人进行的一个争论，所以未经审稿直接发表。那么，质疑当时从一个胜利走向另一个胜利的量子力学的EPR论文为何不经审稿直接发表呢？笔者认为，这是因为EPR承认量子力学技术上的正确性，质疑的只是量子力学的完备性，即是否完全描述客观实在，讨论具有哲学性质。顺便说一下，最近这两篇论文在关于黑洞量子性质的理论讨论中被联系起来。 1917年，爱因斯坦将广义相对论用于宇宙学[11]。如果只有引力而没有斥力，宇宙整体上不能保持静止，所以他在引力场方程中又加了一个代表斥力的宇宙学常数项，虽然他也觉得这个做法很不自然（现在我们知道这也不能真正使宇宙静止）。但是很快人们开始讨论宇宙膨胀，从弗里德曼(A. Friedmann) 、勒梅特（G. Lamaite）和德希特（W. de Sitter）等人的模型研究到哈勃(E. Hubble)的1929年的观测发现。 大爆炸宇宙学的创始人伽莫夫（G. Gamow）在他的自传《我的世界线(My Worldline)》（笔者本科生时代读到这本书后，一直记忆犹新，所以将世界线用于本人的博客名称中）中告诉我们，爱因斯坦曾说过宇宙学常数是他一生最大的错误[12]。所以1936年爱因斯坦-罗森关于引力波的文章所用的引力场方程中，已经没有宇宙学常数。但是在当代，作为联系宇宙学与微观的量子场论的一个桥梁，宇宙学常数成了一个重要的研究课题。近年来宇宙加速膨胀和暗能量的发现更使得宇宙学常数的概念得到复活。这又是爱因斯坦的幸运，虽然他失去了预言宇宙膨胀的机会。 最后，用笔者与杨振宁先生以前的一段讨论结束本文。 施：您认为爱因斯坦(而非麦克斯韦)是仅次于牛顿的伟大物理学家。我也这样认为。您能不能简单说说您的理由？ 杨：麦克斯韦是一位伟大的物理学家，他对人类的贡献无法可以被夸大。但是从对物理学基本概念的贡献的角度来说，他不能与爱因斯坦相比。爱因斯坦（1）改变了我们对于时间和空间的理解，从而给理论物理带来对称性的概念和对称性支配相互作用的思想，（2）创造了引力的几何概念，（3）帮助创立了量子力学。 感谢杨振宁先生的交流和阅读本文。 参考文献: [1] A. Einstein,Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss. (1915) 844. [2] A. Pais, Subtle is the Lord, OxfordUniversity Press, New York (1982). [3] W. Isaacson, Einstein:His Life and Universe. Simon & Schuster, New York (2007). [4] A. Einstein,Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss. (1916) 688. [5] A. Einstein,Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss. (1918) 154. [6] B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration), Phys.Rev. Lett. 116 (2016) 061102. [7] E. Berti, Physics9 (2016) 17. [8] D. Kennefick,Physics Today, September 2005, p. 43. 这篇文章后来吸收进该作者的书《Traveling at the speed of thought》. [9] A. Einsteinand N. Rosen, J. Franklin Institute 223(1937) 43. [10] 刘寄星，物理，34, 2005, p.487. [11] A. Einstein, Sitzungsber.K. Preuss. Akad. Wiss. (1917) 142. [12] G. Gamow, 《My Worldline》, Viking, New York, 1977. (XYS20160218) 从引力波谈爱因斯坦的幸运
作者：施郁 （复旦大学物理学系）
2016年2月12日是中国农历大年初五。因为所谓“抢财神”的习俗，在零点前后，
我当时所在的城市鞭炮声大作。这成了我浏览互联网上铺天盖地的引力波被探测到的新
闻发布和原始论文的喜庆伴奏。当时, 我想到爱因斯坦的幸运，便开始写这篇文章。
爱因斯坦曾经感叹牛顿的幸运，而他自己又何尝不幸运至极。他在广义相对论方面
的工作就有很多幸运之处。
在创立狭义相对论并为量子论奠基十年以后，居住在柏林的爱因斯坦在个人婚姻纠
葛的时期，于1915年创立了广义相对论[1,2,3]，并在次年预言了引力波的存在[4,2]。
1918年他得到能量变化率与质量4极矩3阶变化率的关系[5]。美国激光干涉引力波天文
台（LIGO）观测到引力波这件事正好成为对广义相对论100周年的纪念。
广义相对论的精髓是物质运动与时空几何的统一和相互影响，在引力场方程上表现
为能量和动量与代表时空弯曲程度的量之间的相等。引力使得时空弯曲，需要用非欧几
里德几何描述。爱因斯坦创立广义相对论时，物理学家对此还不熟悉，但数学上对于非
欧几何已经有深入的研究。在20世纪50年代后的... 阅读全帖 |
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n********g
发帖数: 6504 | 4 Brian Keating 科研圈 今天
图片来源：nautil.us
找到宇宙诞生时的“第一缕光”，对于任何一位研究宇宙学的物理学家来说，恐怕都是
难以抗拒的诱惑。2014 年，宇宙学家 Brain Keating 一度认为，他的 BICEP2 望远镜
观测到了宇宙最初始的光——宇宙微波背景辐射的 B 模偏振。这项前无古人的发现点
燃了世界，却在短短 6 个月后被证实是一场由宇宙尘埃导演的黄粱美梦。
在这个由当事科学家亲自讲述的故事中，除了那块被宇宙尘埃“摧毁”的诺奖奖章，我
们还窥见了科学从胜利跌落到失利的那个瞬间。
撰文 Brian Keating（加州大学圣迭戈分校物理学教授，宇宙学家）
翻译 贾晓璇
审校 徐文慧
编辑 徐文慧 魏潇
要追溯宇宙最初的起点（如果真有起点的话），就意味着要检验宇宙诞生的主导理论—
—暴涨（inflation）模型。暴涨模型于上世纪 80 年代初首次提出，弥补了更早提出
的“大爆炸”（The Big Bang Theory）模型的缺陷。用“大胆”二字来评价暴涨模型
都过于保守了：它暗示着我们的宇宙始于难以置信的光速甚至更高速度的膨胀。好在宇
宙... 阅读全帖 |
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s*****V
发帖数: 21731 | 5 本报北京5月21日讯（见习记者倪思洁）针对近日《科学》网站报道的“原初引力波发
现很可能是实验假象”，南极BICEP1望远镜研究团队成员、美国哈佛—史密森天体物理
中心科学家苏萌今天在接受《中国科学报》记者采访时回应称，BICEP2的数据分析已经
结束，主要成员正集中力量处理Keck阵列（第三代望远镜）数据。
他透露说，Keck阵列收集数据的速度是BICEP2的5倍左右，并且已采集两年多，预
期的数据质量已超过BICEP2，将对BICEP2的结果作出检验。
3月18日，哈佛—史密森天体物理中心宣布，南极BICEP2望远镜首次探测到来自宇
宙大爆炸的引力波证据。然而，最近理论物理学家发现BICEP数据分析存在潜在问题：
银河系尘埃产生的微波前景辐射会对该结论的准确性产生影响。BICEP团队承认，其使
用的是普朗克探测器团队在非正式场合提供的早期数据。
“关于BICEP2的结论是否正确还是应谨慎对待，要等普朗克团队公布最终的正式数
据才能下结论。”中科院高能物理所研究员张新民在接受《中国科学报》记者采访时说。
苏萌表示，普朗克高频的极化数据是迄今为止估计银河系尘埃极化辐射的最好手段
，对B... 阅读全帖 |
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y*z
发帖数: 3244 | 6 这不是首次“发现”引力波
就在2年前的几乎同一时间，同样是一个美国团队宣布他们发现了引力波。当时，讨论
最欢的就是团队谁要获得诺贝尔奖。这一团队里还有一名中国科学家郭兆林。彼时，华
人世界都认为郭兆林将是下一个华裔诺贝尔物理学奖获得者。然后事情发生了戏剧性的
转折。一年后，这一发现被证伪，引力波的直接证据再度空缺。
具体的事件经过是这样的。美国人依据宇宙泛星系偏振背景成像实验在南极设立了一个
天文望远镜BICEP2, 2014年1月的一天基于这一望远镜的宇宙膨胀探测器侦测到了所谓
的宇宙微波背景B模痕迹。至于宇宙微波背景B模痕迹是什么？这里由于篇幅所限不过多
解释。但由于B模痕迹主要由引力波产生。于是，算是直接发现了引力波的存在，而且
还是宇宙大爆炸产生的那次引力波。不过，这一系统的设计原理与LIGO一样数十年前就
已经提出，并不是什么值得怀疑的理论。
但是，再经得起推敲的理论，在落实到实验上都有莫大的变数。各种人为的误差和不可
预测的环境变量都可能导致实验结果被证伪。1月发现引力波后，哈佛史密松天体物理
中心于2014年3月17日召开发布会表示BICEP2望远镜探测到早期宇宙的引力波... 阅读全帖 |
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d********f
发帖数: 43471 | 7 才300w，也就是一个R01的钱
Award Abstract #1044978
Collaborative Research: BICEP2 and SPUD - A Search for Inflation with
Degree-Scale Polarimetry from the South Pole
NSF Org: PLR
Division of Polar Programs
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Initial Amendment Date: June 9, 2010
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Latest Amendment Date: July 18, 2011
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Award Number: 1044978
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Award Instrument: Continuing grant
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Program Manager: Vladimir O. Papitashvili
PLR Division of Polar Programs
GEO Director... 阅读全帖 |
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M******a
发帖数: 6723 | 8 http://hx.cnd.org/?p=121931
在“克鲁斯科变换和数学创造论的发端”与“广义相对论百年”中，我详细讨论了黑洞
问题的来历和荒唐。黑洞就是数学上的奇点或者说无穷大发散的引力。在施瓦兹查尔德
半径之内，时间变成空间，空间变成时间。这些都是广义相对论得出的非常荒唐的结果
。广义相对论中的黑洞并不仅仅是不发光的很重的星体（这种东西宇宙中应该是存在的
），而必须具有两个本质特征，那就是施瓦兹查尔德半径上的无穷大发散的引力和施瓦
兹查尔德半径内的时空互换。如果不满足这两个本质特征，就不是相对论意义上的黑洞
。闪光的不一定是金子，不闪光的不一定是黑洞。因为这个关系，爱因斯坦从没有承认
黑洞。其他有些物理学家，比如温伯格，就不承认宇宙中有黑洞。霍金曾经是黑洞研究
方面的明星，并因此被捧为“爱因斯坦以后最伟大物理学家”，可是2015年初，他公开
否认黑洞的存在，说黑洞研究是他“一生中犯下的最大错误”，并说“相对论和量子理
论不相容”。
可是霍金的认错来得太晚。在这之前许多巨额项目已经启动，建造了一些非常昂贵的设
备从事引力波和黑洞探测。2014年3月17日，由哈佛-史密斯逊中心的... 阅读全帖 |
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a******9
发帖数: 20431 | 10 国内学校搞活动的陈设和场地怎么总是显得脏兮兮的？
是因为这学校太烂了么
3月22日至3月24日，第一届宇宙基本规律国际会议在成都电子科技大学沙河校区召开。
来自美国、加拿大、韩国以及中国等国家和地区的60余位学者和专家参加本次会议。在
为期3天的会议中，来自国内外的专家学者们围绕理论物理领域的最新成果展开交流研
讨。
本次会议由成都电子科技大学物理电子学院，中国科学院理论物理研究所，北京大学高
能物理研究中心以及四川大学物理科学与技术学院主办，电子科技大学物理电子学院承
办。该会议旨在聚集一批活跃在粒子物理、宇宙学和弦论等领域的学者，研讨相关方面
的新进展。会议举办了20多场高水平的学术报告，内容既包括拓扑弦论等形式理论的最
新进展，也包含了PandaX暗物质探测以及BICEP2引力波探测等最新的物理实验结果。
成电物理电子学院蒙林院长出席开幕式并致辞。他代表学院对大会的召开表示热烈祝贺
，对参会的国内外专家学者表示欢迎。他说，粒子物理学、宇宙学等理论物理学科代表
着人类认知能力的最前沿，学院也一直很重视在该领域的学术发展和交流，同时大力引
进海内外从事该领域研究的高精尖人才。他希望能... 阅读全帖 |
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E**E
发帖数: 103 | 11 是BICEP2 CMB polarization组发现了CMB中的primordial B-modes |
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r*g
发帖数: 3159 | 14 这也太搞了，这么大的实验用别人图上抠下来的数据。 |
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s*******n
发帖数: 1474 | 15 除非是BICEP2的文章，几十页的prl
就这么任性 |
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