三、引力波探测
人类首次探测到引力波
探测到的引力波信号初始频率为35赫 兹，接着迅速提升到了250赫兹，最 后变得无序而消失，整个过程持续了 仅四分之一秒。位于利文斯顿的探测 器比位于汉福德的探测器早探测到7 毫秒，这个时间差表明引力波是从南 部天区传来
三、引力波探测
人类首次探测到引力波
意义：
1.广义相对论以时空几何来描述引力，而引力波的发现，代表了人类直接探测到了 时空几何的动态扭曲。 2.作为恒星演化的末态，黑洞是天文学中的一种重要物体。引力波让我们详细观测 到了其附近时空几何的强烈弯曲和震荡。 3.进一步的引力波观测，让我们以全新的方式精确的检验广义相对论，也开启了观 察宇宙的新视窗。 4.LIGO的实验本身，代表了精密测量科学取得了重大进步。
人类首次探测到引力波
美国当地时间2016年2月11日上午10点30分（北京时间2月11日23点30分），美国 国家科学基金会（NSF）召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合 作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布：人类首次直接探测到了引力波！
三、引力波探测
人类首次探测到引力波
美国当地时间2016年2月11日上午10点30分（北京时间2月11日23点30分），美国 国家科学基金会（NSF）召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合 作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布：人类首次直接探测到了引力波！
一、时空弯曲
钟慢实验：铯原子钟环球飞行实验
对于GPS卫星，得到的结论就是 卫星时间每天要比地面快38微秒。
一、时空弯曲
双生子佯谬
钟慢：在空间中高 速移动的时钟，比 固定于地面上的时 钟走得慢。
一、时空弯曲
光的传播路径——直线？
欧几里得用“两点 之间最短的路径” 为直线作定义。
一、时空弯曲
什么叫做直线？ 《墨经》有“直,参也”一条，即用“三点排列视线 重合”作直线定义。
物质 能量场
8 G
c4
T
R -
1 2
g R+g
空间几何 张量
引 力 波
二、广义相对论预言
物质 能量场
8 G
c4
T
R -
1 2
g R+g
空间几何 张量
宇 宙 大 爆 炸
三、引力波探测
引力波对苹果的拉伸和挤压
三、引力波探测
迈克逊干涉仪
三、引力波探测
激光干涉引力波天文台 laser interferometer gravitational wave observatory 缩写LIGO
论的科学家。
二、广义相对论预言
爱丁顿的测量
爱因斯坦与爱丁顿 （BBC 拍的一部电影）
二、广义相对论预言
引力透镜
二、广义相对论预言
引力透镜
二、广义相对论预言
物质 能量场
8 G
c4
T
R -
1 2
g R+g
空间几何 张量
黑洞
二、广义相对论预言
2019年4月10日人类第一次拍到了黑洞的照片！！
二、广义相对论预言
谢谢！
（Albert Abrahan Michelson） 1852年12月19日出生于普鲁士斯特雷 诺（现属波兰）,1931年5月9日在帕萨 迪纳逝世。
一、时空弯曲
光的传播速度多大？
阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊
迈克尔逊主要从事光学和光谱学方面 的研究，他以毕生精力从事光速的精密 测量，在他的有生之年，一直是光速测 定的国际中心人物。
三、引力波探测
激光干涉引力波天文台 （透镜、减震悬架系统）
三、引力波探测
激光干涉引力波天文台 （透镜、减震悬架系统）
三、引力波探测
激光干涉引力波天文台 （真空腔）
减少噪声：直径1.2米的 真空腔
减少光学损耗：高真空系 统中空气分子的减少，激 光由于被分子散射而造成 的光学损耗也减少。
三、引力波探测
候选考题
简述“人类首次探测到引力波”这 一事件的重要意义。
雷纳·韦斯
巴里·巴里 什
基普·S·索恩
迈克尔逊干涉仪与引力波探测
提纲
一、时空弯曲—光的传播速度与路径 二、广义相对论的预言 三、引力波探测
一、时空弯曲
光是什么？ 光是粒子？ 光是波动？ 光是既是粒子又是波？ 光为什么会有颜色？
1666年牛顿用三棱镜分解了太阳光
八面镜法测定光速
一、时空弯曲
真空中光速会不会发生变化？
迈 克 尔 逊 莫 雷 实 验
一、时空弯曲
光速不变—狭义相对论的一个基本原理
一、时空弯曲
狭义相对论的几个基本推论
一、时空弯曲
狭义相对论的几个基本推论
速度极限： 物体运动速度不可能超过光速 钟慢：在空间中高速移动的时钟，比固定于地 面上的时钟走得慢． 尺缩：在静止的人看来，高速运动的物体比其 静止时缩短了。
三、引力波探测
激光干涉引力波天文台 laser interferometer gravitational wave observatory 缩写LIGO
引力波探测器包含了 超高真空， 多级隔震， 大功率稳定激光 特别设计的各类精密透镜组 成的复杂系统。
三、引力波探测
激光干涉引力波天文台 laser interferometer gravitational wave observatory 缩写LIGO
从左到右分别为：加布里娜·冈萨雷斯（Gabriela González）、雷 纳·、引力波探测
人类首次探测到引力波
基普·S·索恩 LIGO联合创始人
三、引力波探测
人类首次探测到引力波
雷纳·韦斯（Rainer Weiss）LIGO联合创始人
一、时空弯曲
光是什么？ 光是粒子？ 光是波动？ 光是既是粒子又是波？ 光为什么会有颜色？
一、时空弯曲
光是什么？ 光是粒子？ 光是波动？ 光是既是粒子又是波？ 光为什么会有颜色？
一、时空弯曲
光的传播一定需要介质吗？
一、时空弯曲
光的传播一定需要介质吗？
一、时空弯曲
光的传播速度多大？
阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊
一、时空弯曲
光在真空中如何才能不走“直线”？
一、时空弯曲
如果光走的不再是“直线”意味着什么？ 非欧几何
一、时空弯曲
研究弯曲空间的学问—非欧几何
1 R - 2 g R
一、时空弯曲
我们的真实空间是欧氏几何还是非欧几何？
爱因斯坦认为我们所处的空间的几何结构由空间中 的物质引力场决定
8 G
c4
T
R -
LIGO两个干涉仪， L型4千米长的臂
它们分别位于相距 3000千米的美国南 海岸Livingston和 美国西北海岸 Hanford。
位于美国 Hanford(汉福德） 和 Livingston(利文斯顿 ) 的 LIGO，
三、引力波探测
激光干涉引力波天文台 laser interferometer gravitational wave observatory 缩写LIGO
超强的计算机配置：
它2015年秋天的运算量相 当于一个四核电脑运算一 千年。
三、引力波探测
激光干涉引力波天文台 （透镜、减震悬架系统）
三、引力波探测
激光干涉引力波天文台 （透镜、减震悬架系统）
它是由很多单摆系统巧妙 组合起来的。 利用单摆的特性：单摆只 对频率等于其共振频率的 外力响应很大，当悬挂点 受的外力频率要远大于单 摆的共振频率时，单摆的 振动非常小，几乎不怎么 受外力影响。
1 2 g R+g
物质能量场
空间几何张量
二、广义相对论预言
二、广义相对论预言
1、大质量物体引起 的时空弯曲 引力透镜
二、广义相对论预言
爱丁顿的测量
亚瑟·斯坦利·爱丁顿 （Arthur Stanley
Eddington，1882年12 月28日-1944年11月22 日），英国天文学家、 物理学家、数学家，是 第一个用英语宣讲相对
他发明了一种用以测定微小长度、折 射率和光波波长的干涉仪（ 迈克尔逊干 涉仪），在研究光谱线方面起着重要的 作用。因发明精密光学仪器和借助这些 仪器在光谱学和度量学的研究工作中所 做出的贡献，被授予了1907年度诺贝尔 物理学奖。
一、时空弯曲
光的传播速度多大？ 真空中光速
299792458m/s=299792.458km/s