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面向地基引力波探测频段的超低噪声激光强度噪声评估系统
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作者 李响 王嘉伟 +8 位作者 李番 黄天时 党昊 赵得胜 田龙 ‡史少平 李卫 尹王保 郑耀辉 《物理学报》 北大核心 2025年第3期127-134,共8页
引力波的直接探测打开了认识宇宙的新窗口,开辟了多信使天文学,各种天文事件产生引力波的频段涵盖范围较大,不同频段引力波的探测机理及方案不尽相同.目前,正在运行的地基引力波探测装置的探测频段主要集中在10 Hz—10 Hz范围,为达到探... 引力波的直接探测打开了认识宇宙的新窗口,开辟了多信使天文学,各种天文事件产生引力波的频段涵盖范围较大,不同频段引力波的探测机理及方案不尽相同.目前,正在运行的地基引力波探测装置的探测频段主要集中在10 Hz—10 Hz范围,为达到探测灵敏度需求,要对激光强度噪声进行准确评估并通过光电反馈将其抑制到≤2.0×10^(-9)Hz-1/2@10 Hz以及≤4.0×10^(-7)Hz^(-1/)2@10 kHz.本文基于激光噪声机理分析,通过探究极小噪声评估方案,研发低噪声光电探测器,对比前置放大器不同放大倍数对信号的噪声耦合,编写上位机操控及数据处理程序,从而构建了低噪声高精度集成化激光强度噪声评估系统.实验结果表明,前置放大器以及动态信号分析仪的整体电子学噪声为3.8×10^(-9)Hz^(-1/2)@(10 Hz—10 kHz);光电探测器电子学噪声为1.4×10^(-8)V/(Hz)^(1/2)@10 Hz&8.1×10^(-9)V/(Hz)@10 kHz,通过标准正弦信号进行校准等措施,检验了评估系统的准确性.相关研究结果为制备高功率低噪声激光光源及引力波探测等领域提供了实验基础. 展开更多
关键词 激光强度噪声评估 引力波探测 低噪声激光光源 低噪声光电探测
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利用超大质量双黑洞进动引力波暴检验无毛定理
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作者 张兆维 韩文标 《天文学进展》 北大核心 2025年第3期472-482,共11页
未来空间引力波探测器(如LISA和太极)将探测到超大质量双黑洞并合的引力波事件。强烈进动的超大质量双黑洞除了发出传统的旋近-并合-铃宕引力波信号外,其自旋进动产生的引力波暴信号也可以被空间探测器观测到。通过模拟若干进动双黑洞... 未来空间引力波探测器(如LISA和太极)将探测到超大质量双黑洞并合的引力波事件。强烈进动的超大质量双黑洞除了发出传统的旋近-并合-铃宕引力波信号外,其自旋进动产生的引力波暴信号也可以被空间探测器观测到。通过模拟若干进动双黑洞的引力波信号,研究了从黑洞自身四极矩辐射的引力波暴信号中进行参数估计的能力,提供了检验无毛定理的可行性分析。利用Fisher矩阵方法,计算了参数估计的置信区间。研究结果表明,若能探测到此类引力波暴信号,这将直接证明黑洞存在四极矩。通过与旋近-并合-铃宕阶段的引力波信号进行交叉检验,可进一步检验无毛定理。 展开更多
关键词 超大质量双黑洞 自旋进动 引力波暴 参数估计 无毛定理
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0.1 mHz-1Hz频段超低噪声光电探测器实验研究 被引量:2
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作者 尚鑫 李番 +7 位作者 马正磊 黄天时 党昊 李卫 尹王保 田龙 陈力荣 郑耀辉 《物理学报》 北大核心 2025年第5期1-8,共8页
针对空间引力波探测中抑制0.1 mHz-1 Hz频段激光强度噪声需求,基于光电二极管在光伏模式下具有低暗电流的特点,采用零偏置电压方案,结合零失调电压漂移的集成运放及低温漂金属箔电阻组成跨阻放大电路,优化跨阻电容以及跟随电路;进一步... 针对空间引力波探测中抑制0.1 mHz-1 Hz频段激光强度噪声需求,基于光电二极管在光伏模式下具有低暗电流的特点,采用零偏置电压方案,结合零失调电压漂移的集成运放及低温漂金属箔电阻组成跨阻放大电路,优化跨阻电容以及跟随电路;进一步通过主动温控对光电二极管控温来稳定光电二极管响应度,研发出在0.1 mHz-1 Hz频段内超低电子学噪声的光电探测器.利用自研的强度噪声评估系统对其噪声进行时域及频域全面评估测试,实验结果表明:所研发探测器的电子学噪声谱密度达到2×10^(–6)V/Hz^(1/2)@0.1 mHz-1 Hz,探测器增益能够达到35 kV/W@1064 nm.该探测器噪声性能比空间引力波探测中对激光强度噪声(1×10^(–4)V/Hz^(1/2))的要求小两个数量级,为高增益光电反馈控制以及空间引力波探测中激光强度噪声抑制等方面提供关键器件及技术支撑. 展开更多
关键词 空间引力波探测 激光强度噪声 光电探测器 毫赫兹频段
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激光干涉仪引力波探测器 被引量:18
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作者 王运永 朱兴江 +11 位作者 刘见 马宇波 朱宗宏 曹军威 都志辉 王小鸽 钱进 殷聪 刘忠有 BLAIR D JU Li ZHAO Chun-nong 《天文学进展》 CSCD 北大核心 2014年第3期348-382,共35页
引力波的存在是爱因斯坦在广义相对论中提出的一个重要预言,引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。经过近半个世纪的艰苦努力,随着几个大型激光干涉仪引力波探测器在21世纪初的出现并于近几年达到前所未有的灵敏度,引力波探测... 引力波的存在是爱因斯坦在广义相对论中提出的一个重要预言,引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。经过近半个世纪的艰苦努力,随着几个大型激光干涉仪引力波探测器在21世纪初的出现并于近几年达到前所未有的灵敏度,引力波探测进入了一个崭新的时代。人类有望在第二代地基激光干涉仪引力波探测器开始科学运行(约2015年)之后的几年内,不仅可以直接探测到引力波,更将打开一扇观测宇宙的新窗口。引力波探测也将成为继电磁辐射、宇宙线和中微子之后,人类探索宇宙奥秘的又一重要手段。介绍了激光干涉仪引力波探测器的性能和工作原理,详细分析了其关键部件,如:迈克尔孙干涉仪、法布里–珀罗腔、功率循环系统、激光器、清模器、倒摆、单体几何反弹簧过滤器、真空系统等的结构、性能和工艺特点,展望了其广阔的发展前景。 展开更多
关键词 引力波 激光 干涉仪 法布里–珀罗腔 功率循环 隔震
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引力波理论和实验的新进展 被引量:16
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作者 黄玉梅 王运永 +4 位作者 汤克云 康飞 张承民 徐军 郭有光 《天文学进展》 CSCD 北大核心 2007年第1期58-73,共16页
引力波的存在是爱因斯坦在广义相对论理论中提出的一个重要预言.由于目前技术水平的限制,无法在实验室产生足以被探测到的引力波,因此宇宙中大量的大质量剧烈活动的天体成为科学家研究引力波的首选,从而诞生了引力波天文学.引力波探... 引力波的存在是爱因斯坦在广义相对论理论中提出的一个重要预言.由于目前技术水平的限制,无法在实验室产生足以被探测到的引力波,因此宇宙中大量的大质量剧烈活动的天体成为科学家研究引力波的首选,从而诞生了引力波天文学.引力波探测将开启研究宇宙的新窗口,是继电磁辐射、宇宙线和中微子探测后探索宇宙奥秘的又一重要手段,对天文学研究有着极为重要的意义.新一代应用了高灵敏度的迈克耳逊干涉仪装置的长基线引力波探测仪正在建造中.该综述从引力波理论出发,阐述了目前研究较多的可探测引力波源,给出了目前观测上的最新进展,并展望了今后的发展前景. 展开更多
关键词 天体物理学 引力波 综述 广义相对论 中子双星 引力波探测仪
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空间激光干涉引力波探测与早期宇宙结构形成 被引量:10
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作者 龚雪飞 徐生年 +19 位作者 袁业飞 白姗 边星 曹周键 陈葛锐 董鹏 高天舒 高伟 黄双林 李玉龙 刘影 罗子人 邵明学 孙宝三 唐文林 于品 徐鹏 臧云龙 张海鹏 刘润球 《天文学进展》 CSCD 北大核心 2015年第1期59-83,共25页
空间引力波探测是研究宇宙早期恒星演化和星系形成、黑洞和星系的共同成长等天文学和宇宙学重大问题的一条重要可能途径。经过两期科学院先导科技专项空间科学预研究课题的开展,通过权衡技术的可行性与科学的前瞻性,选择以高红移开始的... 空间引力波探测是研究宇宙早期恒星演化和星系形成、黑洞和星系的共同成长等天文学和宇宙学重大问题的一条重要可能途径。经过两期科学院先导科技专项空间科学预研究课题的开展,通过权衡技术的可行性与科学的前瞻性,选择以高红移开始的中至大质量双黑洞并合系统、星团等稠密动力学环境中涉及中等质量黑洞的双黑洞引力波波源为主要科学目标,给出了我国毫赫兹至赫兹频段空间引力波探测任务计划的初步设计。以该任务设计建议为依据,简要介绍空间引力波探测及其作为一种新的天文观测手段的科学内涵,以及我国空间引力波探测任务设计的科学目标和探测潜力。 展开更多
关键词 引力波 冷暗物质等级结构形成模型 中等质量黑洞 双黑洞并合
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引力波探测:引力波天文学的新时代 被引量:6
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作者 郭宗宽 蔡荣根 张元仲 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期30-33,共4页
美国LIGO于2016年2月11日宣布首次探测到了引力波,引起全世界范围的广大反响。本文解答从什么是引力波、引力波是如何产生的、人类为什么坚持不懈地探测引力波、如何探测引力波,介绍国内外引力波探测的现状,并对引力波探测的未来进行展望。
关键词 引力波 激光干涉引力波探测器 宇宙学
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面向空间引力波探测的程控低噪声高精度电压基准源 被引量:3
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作者 王嘉伟 李健博 +7 位作者 李番 郑立昂 高子超 安炳南 马正磊 尹王保 田龙 郑耀辉 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期377-383,共7页
引力波探测打开了探索宇宙的新窗口,开启了多信使天文学时代.大型激光干涉仪作为空间及地基引力波探测装置,需要使用低噪声激光光源,通过光电负反馈降噪技术可以抑制激光噪声,提高大型激光干涉仪的灵敏度.光电负反馈控制需要将光电探测... 引力波探测打开了探索宇宙的新窗口,开启了多信使天文学时代.大型激光干涉仪作为空间及地基引力波探测装置,需要使用低噪声激光光源,通过光电负反馈降噪技术可以抑制激光噪声,提高大型激光干涉仪的灵敏度.光电负反馈控制需要将光电探测器信号与电压基准源信号相减,之后经过比例积分微分器得到误差信号,来控制泵浦电流驱动器的输出功率,从而实现激光噪声抑制.由于光电探测器信号受激光强度影响,其输出电压在一定范围内变化,这就需要电压基准源信号的输出电压可变;另外,电压基准源的性能直接影响反馈控制环路的整体性能,是激光噪声抑制的下限.本文通过选定低噪声基准芯片及数模转换芯片,设计外控电路、采用低温漂系数元件、通过精密布板及电磁屏蔽等方案,研发高精度低噪声程控电压基准源;并通过可编程逻辑门阵列模块编程控制数模转换,实现程控电压基准源输出电压精密变化.结果表明:所研发的电压基准源输出电压范围为-10V—+10 V,输出电压分辨率达20 bit,在空间引力波频段输出电压的相对噪声谱密度低于9.6×10^(-6)Hz^(-1/2),基准源噪声性能均优于相应引力波探测中对激光强度噪声要求,为引力波探测中激光强度噪声抑制等方面提供关键器件支撑. 展开更多
关键词 空间引力波探测 电压基准源 电压噪声表征 对数轴谱密度算法
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宇宙微波背景辐射极化的近似解析公式 被引量:1
9
作者 张杨 郝蘅 赵文 《天文学报》 CSCD 北大核心 2005年第1期1-11,共11页
在宇宙早期的退耦过程中,光子与电子发生Thompson散射.光子气体空间分 布的各向异性通过Thompson散射而产生宇宙微波背景辐射的极化,并为最近WMAP观 测到.从光子气体的Boltzmann方程出发,采用一般的光深函数,分别积分给出原初密度 扰动... 在宇宙早期的退耦过程中,光子与电子发生Thompson散射.光子气体空间分 布的各向异性通过Thompson散射而产生宇宙微波背景辐射的极化,并为最近WMAP观 测到.从光子气体的Boltzmann方程出发,采用一般的光深函数,分别积分给出原初密度 扰动和残余引力波产生的微波背景辐射极化的近似解析解,结果适用于一般的复合过程. 密度扰动FS所产生极化的近似解析解为βS≈-CFS(τd)△τd,其τd和△τd分别为退 耦时刻和退耦宽度,系数C≈(0.08-0.12),明显依赖于复合模型.残余引力波扰动FT 产生极化的积分稍微复杂,在长波近似下我们对原初扰动按波数进行幂级数展开,保留到 两项FT≈FT(1)+FT(2),分别积分,给出近似解析解βT≈-[CFT(1)(τd)+DFT(2)(τd)]△τd. 第一项的极化与密度扰动类似,结论也相同;但第二项的系数D≈(0.22-0.32),远大于 系数C.我们的近似解析解有助于理解背景辐射的温度-极化交叉关联和检测残余引力 波对背景辐射各向异性的贡献. 展开更多
关键词 扰动 积分 极化 引力波 光子 近似解析公式 类似 宇宙微波背景辐射 WMAP 各向异性
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中国空间引力波探测“太极计划”及“太极1号”在轨测试 被引量:78
10
作者 罗子人 张敏 +2 位作者 靳刚 吴岳良 胡文瑞 《深空探测学报》 2020年第1期3-10,共8页
我国空间引力波探测“太极计划”将打开中低频段(0.1 mHz^1 Hz)的引力波观测窗口,为人类研究宇宙起源与演化、黑洞起源与演化、引力本质、暗能量和暗物质等提供全新的方法和手段。由于空间引力波探测涉及一系列关键技术,太极计划提出了... 我国空间引力波探测“太极计划”将打开中低频段(0.1 mHz^1 Hz)的引力波观测窗口,为人类研究宇宙起源与演化、黑洞起源与演化、引力本质、暗能量和暗物质等提供全新的方法和手段。由于空间引力波探测涉及一系列关键技术,太极计划提出了“单星”“双星”和“三星”3步走的发展路线图。目前“单星”计划——“太极1号”发射成功,并圆满完成了第一阶段的在轨测试。本文将简要介绍空间引力波探测的科学价值、国内外背景和关键技术分解,重点对太极计划及其3步走发展规划进行分析,并提出后续工作的一些设想和发展建议。 展开更多
关键词 空间引力波探测 太极计划 星间激光干涉测距系统 无拖曳控制系统 引力波天文学
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“天琴计划”太空中捕捉宇宙涟漪 被引量:4
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作者 刘志远 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期53-54,共2页
2016年2月11日,美国国家科学基金会(NSF)宣布第一次直接探测到引力波的存在,引起全世界的广泛关注,这项成果被认为是物理学界里程碑式的重大成果。目光聚焦中国本土引力波探测工程,由中山大学牵头、利用人造卫星探测空间引力波的"天... 2016年2月11日,美国国家科学基金会(NSF)宣布第一次直接探测到引力波的存在,引起全世界的广泛关注,这项成果被认为是物理学界里程碑式的重大成果。目光聚焦中国本土引力波探测工程,由中山大学牵头、利用人造卫星探测空间引力波的"天琴计划"经过媒体的多番报道,逐渐为关心引力波探测的人们所注意。未来引力波的探测,中国应该有一席之地中山大学2014年便有了"天琴计划"的设想,2015年7月开始启动。 展开更多
关键词 天琴 引力波 卫星探测 探测工程 物理学界 等效原理 广义相对论 激光测距技术 卫星激光测距 激光干涉
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面向空间引力波探测的弱光探测器性能检测与分析 被引量:6
12
作者 李玉琼 王璐钰 王晨昱 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1710-1718,共9页
为了研制出满足未来空间引力波探测需求的弱光探测器,初步进行了弱光探测器性能检测,分析了探测器的响应度、响应带宽、本底噪声等性能指标,以筛选出能满足未来空间引力波探测要求的探测器研制途径和解决方案。首先,根据空间引力波探测... 为了研制出满足未来空间引力波探测需求的弱光探测器,初步进行了弱光探测器性能检测,分析了探测器的响应度、响应带宽、本底噪声等性能指标,以筛选出能满足未来空间引力波探测要求的探测器研制途径和解决方案。首先,根据空间引力波探测太极计划的激光器功率、轨道、星间距等设计方案,推算出太极计划所需探测器的性能指标;然后,与中国电子科技集团公司第四十四研究所、西南技术物理研究所和中国科学院上海技术物理研究所等单位合作研制了3款弱光探测器;最后,利用本课题组研制的低噪外差激光干涉系统对其响应度、响应带宽及本底噪声等指标进行检测,并分析了影响探测器性能指标的因素。实验结果表明:其中两款探测器的响应度优于1.8×10 5 V/W,响应带宽大于10 MHz;3款探测器的本底噪声均低于10 pm/Hz@10 mHz(0.1 mHz^1 Hz),信噪比高于20 dB。这3款探测器在响应度、响应带宽和信噪比等方面具有满足未来太极计划实验星要求的潜力。 展开更多
关键词 空间引力波探测 弱光探测器 太极计划
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弱引力场中Einstein引力波简介 被引量:2
13
作者 范天佑 《力学与实践》 北大核心 2016年第3期353-355,共3页
本文作为对近期证实引力波存在的响应,给出了Einstein引力波一个简单介绍,主要讨论了线性化引力场方程及其解的波动特性,从而对引力波的时-空涟漪特征作了一个数学描述.
关键词 引力场方程 弯曲空间几何 伽利略值 波动方程 引力波 时-空弯曲几何动力学
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LIGO发现引力波:一个新时代的起点 被引量:2
14
作者 胡一鸣 《自然杂志》 2016年第2期79-86,共8页
2015年9月14日,激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到来自两个恒星质量黑洞并合所产生的引力波信号GW150914。这是一个划时代的发现,正式标志着人类探索宇宙的脚步步入了一个新的纪元。本文就什么是引力波、如何探测引力波,即这次探测相关... 2015年9月14日,激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到来自两个恒星质量黑洞并合所产生的引力波信号GW150914。这是一个划时代的发现,正式标志着人类探索宇宙的脚步步入了一个新的纪元。本文就什么是引力波、如何探测引力波,即这次探测相关的种种细节进行了分析与讨论。 展开更多
关键词 引力波 激光干涉 黑洞 广义相对论 GW150914
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引力波探测领域研究态势及热点分析 被引量:1
15
作者 闫亚飞 《世界科技研究与发展》 CSCD 2022年第1期81-95,共15页
对宇宙中的引力波进行探测,可以帮助人类发现天体源深处和高密度部分所发生物理过程的完整信息,并绘制全新的"天体分布太空图";激光干涉仪引力波探测器的发展提升了全球范围内的引力波探测研究热度。美国、德国、英国、法国... 对宇宙中的引力波进行探测,可以帮助人类发现天体源深处和高密度部分所发生物理过程的完整信息,并绘制全新的"天体分布太空图";激光干涉仪引力波探测器的发展提升了全球范围内的引力波探测研究热度。美国、德国、英国、法国、意大利、日本、澳大利亚、印度和中国等国家纷纷设立了引力波探测计划和项目,并开展了大量的研究工作。本文基于文献计量学的视角,分析引力波探测领域研究的发展历程、主要研究国家、重点机构、基金资助机构和研究热点。通过分析可以看到,引力波探测领域年度发文呈现逐年上升趋势,美国、德国、英国和意大利是主要发文国家,发文数量排在前4位。美国在该领域的发文数量最多,占全球发文总量的41.7%。美国在该领域的研发机构也最多,TOP50机构中有48%的机构来自美国。该领域的科研合作非常密切,整体呈现5大区域性合作网络,分别为美国合作网络、中国与澳大利亚合作网络、日本合作网络、德国与英国合作网络。目前该领域的研究热点主要集中在引力波源研究、引力波探测数据研究、引力波探测装置研究、引力波产生机理研究和引力波观测对象研究等方面。 展开更多
关键词 引力波探测 引力波源 激光干涉仪 脉冲星计时阵列 宇宙微波背景辐射B模偏振
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世界引力波探测发展 被引量:1
16
作者 柯惟力 《世界科技研究与发展》 CSCD 2003年第1期85-89,共5页
引力波是广义相对论的重要推论之一。引力波探测将有可能打开又一扇天文观测的窗口 .上世纪至今 ,世界少数发达国家倾注大量的人力、物力、财力于引力波的实验探测。改进的共振棒探测器已组成一个棒天线阵在运行中。在室内模型激光干涉... 引力波是广义相对论的重要推论之一。引力波探测将有可能打开又一扇天文观测的窗口 .上世纪至今 ,世界少数发达国家倾注大量的人力、物力、财力于引力波的实验探测。改进的共振棒探测器已组成一个棒天线阵在运行中。在室内模型激光干涉引力波探测器的基础上 ,几个野外大型激光干涉引力波探测器正在紧张地建设中。其中美国的LIGO项目进展引人瞩目。太空引力波探测器的设想已被付诸实施。 展开更多
关键词 世界 引力波探测 发展 共振棒 激光干涉仪
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原初引力波 被引量:1
17
作者 李新洲 《科学》 北大核心 2014年第3期16-20,64+4,共5页
在一只苹果从树上落下来的时候,牛顿看到了万有引力,而爱因斯坦看到了引力波。美国哈佛一史密森天体物理中心的科学家宣布,他们发现了原初引力波的印记,这是迄今证明宇宙暴胀理论最有力的证据。这一重大发现一旦证实,将有望帮助弄清宇... 在一只苹果从树上落下来的时候,牛顿看到了万有引力,而爱因斯坦看到了引力波。美国哈佛一史密森天体物理中心的科学家宣布,他们发现了原初引力波的印记,这是迄今证明宇宙暴胀理论最有力的证据。这一重大发现一旦证实,将有望帮助弄清宇宙原初时刻之谜。 展开更多
关键词 原初引力波 引力波 暴胀宇宙 宇宙大爆炸
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引力辐射的第一个定量的验证——评介1993年诺贝尔物理奖 被引量:3
18
作者 刘辽 《物理通报》 1994年第1期3-5,共3页
1993年10月13日瑞典皇家科学院把1993年度诺贝尔物理奖授予52岁的天体物理学家J.泰勒及其助手42岁的R.胡尔斯,这一天是一个里程碑,它向世人宣告,爱因斯坦的广义相对论早在77年前就予言过的引力波和引力辐射终于被最后验证了。这一发现... 1993年10月13日瑞典皇家科学院把1993年度诺贝尔物理奖授予52岁的天体物理学家J.泰勒及其助手42岁的R.胡尔斯,这一天是一个里程碑,它向世人宣告,爱因斯坦的广义相对论早在77年前就予言过的引力波和引力辐射终于被最后验证了。这一发现与赫芝对电磁波的实验验证等一些物理学上的重大发现一样,将在物理学史上永垂不朽。在这篇短文中,我们将对这一重大发现作一简短通俗的介绍。 展开更多
关键词 重力波 定量验证 引力场
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引力波的发现及其重要意义 被引量:2
19
作者 李燕 《物理通报》 2016年第S2期123-124,129,共3页
在宇宙中当致密星体碰撞并合运动时,由于大质量天体的运动就会扰动周围的时空,形成扭曲时空的波动并以光速向远处传播,形成引力波.引力波的发现支持了相对论,支持了暴涨理论等,引力波为人类提供了一种看待宇宙的全新方式.
关键词 引力波 引力波激光干涉仪 LIGO 相对论
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双星引力辐射的电磁学模拟
20
作者 周岚 王立尧 《安徽大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2007年第5期58-61,共4页
爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在.根据广义相对论,引力辐射是一种四极辐射.建立一个电学模型,将电四极辐射和引力辐射进行类比,得到双星系统引力辐射功率.所得结果与广义相对论的结论只差1/4的数值因子.
关键词 引力辐射 双星系统 电四极辐射
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