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前苏联为何在探测引力波竞赛中出局? 精选

已有 6811 次阅读 2016-2-16 09:27 |系统分类:观点评述

20世纪80年代以后,尚处于冷战时期的美苏两国的科学家在引力波探索上罕见地进行了合作。然而随着世纪之交苏联的解体,俄罗斯经济面临崩溃,相继关闭了前苏联时期许多雄心勃勃的大科学项目,大规模的引力波的探测也随之终止。大科学时代拼的是经济实力,没有钱,寸步难行!


莫斯科大学


尽管第一个测量引力波的科学家韦伯没能探测到引力波,但是他的实验方法却启迪了后来者。此后全世界有数十位科学家都效法韦伯的实验。1978年在波多黎各的阿雷西博,科学家们应用世界上最大的射电望远镜,发现了距地球1500光年的两个彼此绕行的巨大星体。根据它们的运动状况,似乎在辐射着引力波。这是韦伯宣称观测到引力波10年后能证明引力波存在的最有力证据。

进入上世纪80年代以后,国际科学界主要分别从两条路径进行引力波的探索工作。

一条路径是沿着韦伯的传统思路,进一步提高设备的灵敏度。科学界普遍认为,当时实验室中测量引力波的设备灵敏度还太低,不足以测量到宇宙中微弱的引力波信号,因此提高设备的灵敏度是各个引力波实验小组的当务之急。

有意思的是,尚处于冷战时期的美苏两国的科学家在引力波探索上罕见地进行了合作。苏美两国的科学家分成了两组。一组是罗彻斯特大学和莫斯科大学的物理学家们,用灵敏度超过铝圆柱体100倍的铌圆柱体和灵敏度超过铝圆柱体1000倍的蓝宝石及硅圆柱体,进行观察;另一组是苏联其他研究机构的科学家和路易斯安纳州立大学的科学家用中心有个凹口的金属棒观测。当引力波通过地球时,灵敏的探测器可以测量出拗口的长度的变动。为了屏蔽环境的干扰,他们把圆柱体自由地悬置在磁场中。

另一条路径是,加州理工学院的科学家们提出用激光“天线”来探测引力波,其方法是使激光束往返于地球和月球之间。当引力波通过时,就能测量出这两个星体之间距离的微小改变。

在2000年前后世界上先后建成多座引力波干涉仪探测设施,如美国的激光干涉引力波天文台(LIGO),日本的TAMA300,德国的GEO600,意大利的Virgo等等。在最近的十多年年间,这些探测设施都没有取得有价值的探测结果。据报道,中国本土重大引力波探测工程天琴计划已经于20157月份在中山大学正式启动,预计投资约150亿元人民币。而俄罗斯,随着苏联的解体,许多雄心勃勃的大科学项目相继关闭,大规模的引力波的探测也随之终止。


德国的GEO600


就在实验物理学家安装他们的设备时,理论物理学家们也开始计算从宇宙的灾变中可产生何种结果。在银河系中,每30年至少有一次因恒星的坍缩引起的重大引力波事件。在一年中,由黑洞吞掉的物质应当产生10—50次引力波的巨大变化;由脉冲星和双星的每日强有力的运转也应该提供连续不断的引力波。因而,如果引力波确实存在,那么其数量应该是可观的。

实际上,上世纪80年代以后,物理学家们都普遍相信,他们不断改进的新设备总有一天将随着引力的“曲调”震动起来,他们一定能听到宇宙中引力波发出的优美旋律,时间只是早晚的问题。

后来的故事家喻户晓,这几天各网站、微博、微信全部刷屏,介绍得不厌其烦。不过,令人唏嘘的是,故事的结局却是几家欢乐几家愁!全世界有许多国家的许多科学家在这个领域辛辛苦苦干了一辈子,投入了大量人力物力和财力,却竹篮打水一场空,眼睁睁看着美国人收获果实。在这个毫无疑问能预料到结果的科研大竞赛中,赢家依靠的大概不是创新能力,而是经济实力!很难相信,如果没有高额的科研经费支撑(据称这是美国国家科学基金会迄今资助的最为雄心勃勃的项目),这种守株待兔式的“大发现”何以能作出!

当今大科学时代的大发现,需要的是大资金、大投入和大协作。那种仅靠一支笔一张纸就能发现宇宙规律的爱因斯坦式的科学英雄时代已经一去不复返了。

大科学时代,拼的是经济实力。

(部分内容取材于Astonishing advances in your lifetime in medicine,science ,and technology


相对论的意义,爱因斯坦著,北京大学出版社出版









人类首次探测到引力波
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