宇宙的引力波震荡是怎么探测的？

1. 宇宙的引力波震荡是怎么探测的？

凭印象的回答，这个问题貌似是果壳上的一篇文章，引力波是如何被探测到的。根据爱因斯坦的相对论，两个相互旋转的黑洞会因为引力波的缘故相互靠近，换句话说，如果两个相互旋转的黑洞靠得越来越近的话，那么就证明引力波是存在的。科学家通过对一对相互旋转的黑洞的长期的观测发现，黑洞的旋转的周期在缩小，因而间接地证明了引力波的存在。我们现存四维宇宙是由其他维度转变而来的， 各种不同的维度互相循环转换。其中从零维 （也就是我们所说的没有时间空间等于“不存在”）转变为其他的维度，解释了我们现存四维宇宙是“无中生有”的概念，这样也就为宇宙诞生之前是如何的，提供了答案。也形成了一套可以自我循环的基本概念，没有任何的逻辑漏洞（不像宇宙大爆炸理论，会让人提出关于大爆炸之前的疑问）。

2. 科学家探测宇宙大爆炸后形成的引力波，对了解宇宙有何

引力波的发现意义重大，从科学意义上看，引力波可以直接与宇宙大爆炸连接。
广义相对论中预言的引力波也可以产生于宇宙大爆炸中，这就是说大爆炸之初的引力波在137亿年后的今天仍然可以探测到。一旦我们发现了宇宙大爆炸时期的引力波，就可以揭开宇宙的各种谜团，甚至了解宇宙的开端和运行机制。因此也有这样的说法，如果引力波的发现被确定，那么几乎可以肯定会入选诺贝尔奖。1993年的诺贝尔奖就是授予了间接发现引力波存在的科学家，当时两位科学家泰勒和赫尔斯对脉冲星双星系统PSR1913+16进行研究，发现其系统内有两颗中子星，它们快速围绕对方公转，最终发现了引力波间接证据。
一旦我们发现了宇宙大爆炸时期的引力波，就可以揭开宇宙的各种谜团，甚至了解宇宙的开端和运行机制。一旦我们发现了宇宙大爆炸时期的引力波，就可以揭开宇宙的各种谜团，甚至了解宇宙的开端和运行机制。

3. 科学家在早期宇宙的引力波研究中取得进展

2015年9月14日，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）第一次在双黑洞并合的过程中探测到引力波信号，这标志着人类 探索 宇宙奥秘打开了一个非常有用的新窗口。由于地面震动干扰，地面引力波探测器只能探测高频引力波（10赫兹以上）信号。下一代的空间引力波探测器如欧空局主导的激光干涉空间天线（LISA）项目、我国提出的太极计划或者天琴计划等可以探测毫赫兹到一赫兹波段的引力波。这一频段的引力波蕴含着丰富的科学内容。这些空间引力波探测器的科学目标包括超大质量黑洞并合、极端质量比黑洞对、随机引力波背景等。其中，诞生于早期宇宙的随机引力波是保存了早期宇宙信息的“化石”，对理解早期宇宙的演化具有重要的科学意义。
  
 当前的天文学和宇宙学观测告诉我们宇宙中有27%的物质组分是不发光的“暗物质”。其起源和性质是现代宇宙学和理论物理的一大挑战。一种可能的解释是极早期宇宙小尺度上的原初密度扰动很大，重新进入视界时形成了原初黑洞，而暗物质正是由这些原初黑洞组成的。质量小于10 16 克的原初黑洞由于霍金辐射已经蒸发殆尽，无法作为暗物质候选者。远大于太阳质量（10 33 克）的原初黑洞则会影响宇宙微波背景辐射，不能大量存在。10 22 克到太阳质量的原初黑洞在银河系的暗物质晕里运动并挡住遥远恒星时，可以产生引力透镜效应。人们可以通过寻找这种引力透镜来限制原初黑洞的能量密度。然而，质量小于10 22 克的原初黑洞的半径为纳米量级，远小于可见光的波长。这么小的物体无法用上述的引力透镜效应观测到（见图1）。
  
 引力波的发现打开了一扇观测这种原初黑洞的新窗口，因为导致原初黑洞形成的原初密度扰动也会产生引力波。在宇宙早期暴胀阶段中，虽然标量扰动和张量扰动在线性阶是独立的，但它们在非线性阶是耦合的。这种非线性耦合会使得标量扰动诱导出引力波。以这种机制产生的引力波称为诱导引力波。如果原初黑洞大量存在，则原初标量扰动必定很大，其诱导引力波也会很大，有可能被未来的引力波实验观测到。如前所述，原初黑洞作为暗物质候选的唯一可能的质量区间是10 17 克到10 22 克，其对应的诱导引力波频段是10 -3 赫兹到0.1赫兹，恰好在下一代空间引力波天文台LISA/太极/天琴的探测范围之内。
  
 最近，中国科学院理论物理研究所研究员蔡荣根、日本东京大学国际高等研究所卡弗里数物连携宇宙研究机构博士皮石、教授佐佐木节研究了非高斯分布的小尺度原初密度扰动，并讨论了非高斯分布对原初黑洞形成以及对诱导引力波产生的影响。他们发现，非高斯的原初密度扰动会增强诱导引力波，同时也增大原初黑洞的形成率。如果假定暗物质全部由原初黑洞组成，即固定原初黑洞的能量密度为现在的暗物质密度，则增加非高斯性意味着必须压低原初密度扰动分布的功率谱。参见图2。这两种效应的综合效果会使得在固定原初黑洞的能量密度的条件下，增加原初密度扰动的非高斯性会压低诱导引力波的能量密度。有趣的是，他们发现持续增大非高斯性时，诱导引力波能量密度存在一个下界，而该下界在暗物质全部由原初黑洞组成的频段内（10 -3 赫兹到0.1赫兹）大于下一代空间引力波天文台的可探测精度（见图3）。这意味着如果暗物质全部由原初黑洞组成，人们一定能在LISA/太极/天琴中观测到其对应的诱导引力波信号。这结果不依赖于原初密度扰动的分布。反之，如果没有在LISA/太极/天琴中观测到这样的引力波信号，则原初黑洞不可能作为暗物质的唯一候选者。该研究工作最近发表于《物理评论快报》（ Phys. Rev. Lett.  122, 201101 (2019)）。相关研究成果对空间引力探测、理解暗物质性质和早期宇宙演化具有重要科学意义。

4. 引力波全新的探测方式，使科学家如何能够聆听宇宙呢？

引力波，时空的涟漪，就像大石头丢进水里会激起波纹一样。在时空中，如果发生巨大的震荡，如黑洞合并，中子星合并，超新星爆发等造成的剧烈能量释放，都会产生引力波。
2015年9月14日，引力波首次被人类探测到，LIGO（美国激光干涉引力波天文台）功不可没。这次探测到的是13亿年前两个大质量黑洞合并时所产生的引力波。

从此，人类有了一种全新的方式探索宇宙。
在以前，我们探索宇宙是用光学望远镜，即最传统的伽利略式望远镜。在圆柱形的镜筒里，安装上凸透镜作物镜，用凹透镜作目镜。后世的光学望远镜虽然越做越大，观测范围越来越广。但其本质是使用可见光进行观测。这就很容易受阴天、大雾、雷雨等不利气象条件的影响。

时间来到了上世纪30年代，一种全新的观测手段出现了——射电望远镜。
射电望远镜通过接收来自宇宙深处的电磁波，然后通过镜面反射，同相到达公共焦点。“大锅盖”或许是我们对射电望远镜最深刻的印象吧。当“大锅盖”收集到了信号后，通过线缆把数据传送到后方控制室做进一步记录、处理，供后期研究。

射电望远镜的出现，使天文观测不再受制于不利的气象条件，而且还能探查到可见光之外的电磁波。20世纪60年代，射电望远镜有了震惊世界的“四大发现”——脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子。
引力波的成功探测，就类似射电望远镜之于光学望远镜的意义。我们可以用全新的观测手段探索以前不曾触及到的宇宙现象了。比如大质量黑洞的合并，黑洞本身就是“看不见”的，要想观察它们的合并非引力波莫属。不止是对黑洞的探测，白矮星碰撞，中子星绕转，超新星爆发，伽马射线暴等。一切宇宙的大动静，我们都可以用引力波一窥究竟。而且引力波是时空本身的震荡（涟漪），不需要传播介质。引力波还可以几乎不受阻挡的穿过行进途中的任何天体，这样就可以携带更多的“原始数据”。

回望我们人类使用射电望远镜后，那一个个惊人的大发现。引力波必将会解答人类更多的宇宙本源之谜。
话音刚落，捷报已至！
2015年12月26日，LIGO再次探测到了一个引力波信号。
2016年2月11日，LIGO和欧洲引力波探测团队Virgo合作，探测到双黑洞合并的引力波信号。
2017年10月16日，全球天文学界联合发布：人类首次直接探测到了由双中子星合并产生的引力波及其伴随的电磁信号，编号——GW170817。

这是人类首次使用引力波探测仪器和射电望远镜一起观测到同一天文奇观。它们的观测数据可以相互佐证、弥补不足。人类正式迈入多信使的天文新时代。

5. 人类对于引力波的研究对于探索宇宙有什么影响？

什么是引力波？当巨大的物体扭曲了周围的时空，并在宇宙中激起涟漪时，引力波就形成了。2015年，科学家首次发现了由两个碰撞黑洞形成的这种波。从那以后，引力波的探测变得越来越神奇，科学家们也变得更加好奇。


现在，一组研究人员宣布第一次探测到由一个比已知最大的中子星大但比已知最小黑洞小的物体碰撞产生的引力波信号。这意味着科学家刚刚在一次奇怪的宇宙碰撞中发现了最大的中子星或最小的黑洞。虽然探测过程极其复杂，科学家们根本不可能准确地确定到底发生了什么，但这个信号让人们对即将到来的更多奇怪的观测产生了希望。这一发现甚至可能预示着一种新的认识，即所谓的超新星是如何发生大规模恒星爆炸的。


不管结果是什么，科学家们都非常兴奋，这是迄今为止发现的最奇怪的引力波信号，这一观测结果可能迫使科学家真正改变我们对黑洞和中子星形成的理解、并且重新改变他们对宇宙的了解。不过在我们得到更多的观察结果之前，这将是一个谜，我们可以利用目前有限的信息来推断它们的现象。


但是当天体物理学家对数据进行更多的分析时，他们意识到他们所看到的是一个更加陌生的东西。根据科学家对合并事件的分析，其中一个碰撞物体的质量约为太阳质量的23倍，这是一个黑洞，另一个物体的质量约为太阳质量的2.6倍，科学家初步猜测是中子星。
质量差距之谜
这是描述通过引力波观测到的碰撞事件范围的图表。图像的底部显示中子星大小的物体；顶部显示黑洞大小的物体。根据这项新的探测，科学家初步猜测这里涉及一个黑洞和一个非常大的中子星或一个非常小的黑洞。


这个大小属于科学家所称的质量间隙：一个比迄今为止所研究的任何黑洞都要小得多的物体（约为太阳质量的5倍），但也可能比任何已知的中子星（约为太阳质量的2.5倍）都要大。
几十年来，人们一直在预测黑洞和中子星这两种混合性质的合并，但这一质量间隙中的致密物体完全是个惊喜。尽管我们无法确定物体的类别，但我们看到的要么是已知最重的中子星，要么是已知最轻的黑洞。不管怎样，它都刷新了我们之前所观测的记录。


这个碰撞与科学家迄今为止研究的普遍匹配的碰撞不同，这对碰撞极不均匀，较大的物体的质量约为较小物体的9倍，使得科学家在引力波中难以看到事件的细节。这件事也很难研究，因为它离得很远。这场碰撞似乎发生在距地球约8亿光年的地方，就背景而言，这比2017年8月伴随的闪光探测到的二元中子星合并要远6倍左右。
这些巨大的挑战是横在科学家面前的一道高墙，要真正破解宇宙质量差距之谜，科学家将需要在更多的碰撞中观察更多这些边界物体，才能模拟出如此复杂的碰撞。最好是锁定中子星和黑洞之间的模糊区域，再进行精确地模拟。不过锁定中子星和黑洞之间的模糊区域并不只是为了精确起见，它将改变我们对周围宇宙的理解。
研究价值
首先，它将告诉科学家中子星运行的过程，其次可以帮助我们确定中子星质量的边界，或者说确定中子星极端大小的质量差距。


几十年来，天体物理模型一直假设，最大的中子星和最小的黑洞之间确实存在一个间隙。如果这个差距明显小于之前的假设，或者根本不存在，那么这些模型将需要调整。贝那些经过调整的模型可能会比质量差距定义本身更广泛地改变我们对宇宙的理解。不管质量差距之谜如何揭开，这个新的信号预示着引力波观测的丰富前景。

6. 什么是引力波，发现引力波对宇宙形成有什么帮助

引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。
引力波有两个非常重要而且比较独特的性质。
第一：不需要任何的物质存在于引力波源周围。这时就不会有电磁辐射产生。
第二：引力波能够几乎不受阻挡的穿过行进途中的天体。然而，比如，来自于遥远恒星的光会被星际介质所遮挡，引力波能够不受阻碍的穿过。这两个特征允许引力波携带有更多的之前从未被观测过的天文现象信息。

7. 哪些宇宙事件可以产生可探测到引力波

引力波是一种时空涟漪，如同石头被丢进水里产生的波纹。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。100年前，爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实，唯有引力波一直徘徊在科学家的“视线”之外。

      上世纪70年代，曾有美国科学家在观测双星系统的过程中，发现引力波存在的间接证据，并因此获得1993年诺贝尔物理学奖。

      在将于《物理学评论通讯》杂志发表的新研究中，科学家探测到的是由黑洞合并产生的一个时间极短的引力波信号，持续不到1秒。它经过13亿年的漫长旅行，于2015年9月14日抵达地球，被刚改造升级的LIGO的两个探测器以7毫秒的时间差先后捕捉到。

      据研究人员估计，两个黑洞合并前的质量分别相当于36个和29个太阳质量，合并后的总质量是62个太阳质量，3个太阳质量的能量以引力波的形式在不到1秒的时间内释放，释放的峰值能量比整个可见宇宙释放的能量还要高出约50倍。

8. 为什么引力波可以看到更早期的宇宙

通过光波也可以看到早期的宇宙   一个离我们有13万光年的星球 发射的光要过13万年才能传到地球 也就是说 我们看到的的该星球的景象的13万年前的景象
用引力波看早期宇宙与光波的原理一样 引力波也是按光速传播 但光容易与物质发生作用 会被吸收 会遮挡 因此我们通过光学望远镜去分析星球 随着距离越远 会遗失很多信息
而引力波就不一样的 它是时空的震荡 能不受干扰的穿透任何物体 通过引力波望远镜 可以洞悉天体内部结构 不受干扰