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引力波
引力波探测
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2025-12-23 11:32
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引力波探测
11.5 引力波探测 引力波是广义相对论的重要预言.自 20 世纪 60 年代,人们就开始发展各种技术对引力波进行直接的探测.由于引力是自然界中最弱的力,引力波的直接测量是一个极具挑战性的问题,技术上难度很大.但也正是由于引力很弱,与其他物体发生相互作用的截面很小,不会在传播途中发生大的变化.一旦我们探测到引力波,它将忠实地反映引力波源的信息。如今,天文学、宇宙学的观测主要依赖各个波段的电磁波,即光子,引力波探测将提供一个全新的窗口,帮助我们认识天体,认识宇宙。特别是强的引力波辐射源大多是暗的,无法通过电磁波辐射来观测,而且这些引力辐射过程能量很高,与一些重要的天体物理密切相关 ${ }^{(3)}$ 。引力波辐射相关的物理问题很多,包括大质量黑洞及其宿主星系的形成和生长、结构形成、星系核的星体密度和动力学、致密恒星的物理、银河系的结构、极端条件下的广义相对论、宇宙学中原初引力波和原初黑洞的霍金辐射,以及新物理,如额外维物理等。 产生引力波的理想源需要有一个快速变化的质量四极矩。这意味着大量物质快速地转动.而源需要是致密的,否则无法产生快速旋转.因此,理想的源包括黑洞、星体内核塌缩、中子星、早期宇宙的动力学.在表 11.1 中我们列出了一些理想的引力波源以及它们产生引力波的频率、离我们的距离和引力波振幅.  依照源的性质以及探测手段的不同,我们可以把引力波分成四个频段: (1)高频: $1 \mathrm{~Hz} \leqslant f \leqslant 10^4 \mathrm{~Hz}$ ,适合地基引力波探测天线; (2)低频: $10^{-5} \mathrm{~Hz} \leqslant f \leqslant 1 \mathrm{~Hz}$ ,适合空间引力波探测天线; (3)极低频
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