【中国からの直送メール】I READING は読書が大好きです. 重力波が宇宙の謎の時空の波紋を探ります。

簡単な紹介

1916 年にアインシュタインが重力波を予言して以来、人々はその存在の可能性に気づくようになりました。物理学者たちは、局所的な発生源からの干渉や、それを特定するために必要な非常に高感度の機器、人類の技術や宇宙の謎を探る能力の限界といった問題にもかかわらず、1960年代から重力波の検出に取り組んできました。もちろん、これは単に「アインシュタインが正しかったことを証明する」というだけではなく、天文学の新たな分野が確立されつつあることを意味しています。将来的には、より多くの発見が得られ、これまで確認も否定もできなかった理論を検証できるようになる可能性があります。

書籍『重力波：宇宙の謎を探る時空の波紋』（マイクロ百科事典シリーズ・シーズン2）は、現代物理学の最先端のトピックと、時空の謎を解き明かす新たな方法を包括的に紹介します。宇宙の重力波 重力波の概念から、提案、検出装置の発明から、LOGOプロジェクトの計画、組織、実施、検出結果まで、長きに渡る科学者のたゆまぬ精神をパノラマで示しています。探査プロセスの紆余曲折を経て、天文学研究における重力波天文学の革新を浮き彫りにします。

著者について

ブライアン クレッグは有名なポピュラー サイエンス ライターであり、ケンブリッジ大学物理学科を卒業し、宇宙論、無限問題、量子論などのトピックをカバーするベストセラーのポピュラー サイエンス本を多数執筆しています。 「ビッグバンの前」「タイムマシンの構築」「重力」「量子もつれ」など。彼の『A Brief History of Infinity』と『The World of Dice』はどちらも英国王立協会科学図書賞の最終候補に選ばれました。彼は、『Nature』、『The Guardian』、『Physical World』などの出版物でコラムニストやトピックコメンテーターとしても活動しています。

目次

大事なイベント

1重力波を発見

2 波とは何ですか?

3 アインシュタインの赤ちゃん

4 重力波チャレンジ

5 中性子星の踊り

6 魔法の鏡

7 偽りの希望

8 つの驚くべき重力波

9未来に目を向けて

多読

素晴らしい本の抜粋

主要な科学プロジェクトに取り組む研究者は、時として世間から惜しみない賞賛を受けることがあります。リアルタイムの科学的運用データが公開され、同僚の科学者によって注意深く検証されると、これらの研究者が多大な労力と時間を費やして得た結果は公共の財産となり、世界中のメディアによって報道されることになります。しかし、2015 年 9 月 14 日以前は、LIGO チーム、つまりレーザー干渉計重力波観測所の研究者たちは、そのような期待を抱いたことは一度もありませんでしたし、50 年間にわたる無駄な研究が予期せぬ形で終わろうとしているとは誰も考えていませんでした。 。

この大規模な LIGO 実験は、米国の 2 つの広大な施設をカバーし、世界中の 1,000 人以上の科学者によってサポートされており、現在エンジニアリング作業が行われています。これは重力波観測所が数日後に運用開始される前の定期的な技術テストです。これは、物事が面白くなる前の微調整の 8 番目で最後のサイクルです。 EST の午前 7 時頃 (英国時間でちょうど正午)、最初の電子メールが関係者に送信され、望遠鏡の導入以来、天文学における最大の変化の始まりを示しました。

この日、私たちの宇宙に対する理解は飛躍的に進みました。

LIGO を天文台と呼ぶのは控えめな表現のように思えるかもしれませんが、実際はそうなのです。 LIGO は、3,000 キロメートル (約 1,865 マイル) 離れた 2 つのほぼ同一の施設で構成されており、1 つはルイジアナ州リビングストンに、もう 1 つはワシントン州ハンフォードにあります。両方のサイトには、長さ 4 キロメートル (約 2.5 マイル)、直径 1.2 メートルの一対のチューブがあり、互いに直角に L 字型を形成しており、レーザーはその一対のチューブに沿って通過し、ビームが収束する前に複数回終端されます。鏡の内部反射により小さな干渉縞が形成され、干渉縞のエッジに極めて小さな変化が観察されます。重力波の存在下で起こるビームの長さのごくわずかな変化も検出されるだろう。 1916 年、アルバート アインシュタインは時空の構造における波紋を予測しましたが、それらは検出されることはありませんでした。

2 つの巨大な双子システムは、空気がほとんど入っていない長さ 4 キロメートルの金属管で構成されています。空気分子の振動によりレーザービームが散乱し、監視される信号に「ノイズ」が生じます。チューブの端に吊り下げられた反射板に対する音の振動や気流の影響は、レーザー ビームの反射に影響を与えます。これらのパイプ内の圧力は大気の 1 兆分の 1 であり、40 日間継続的にポンプを送り続ける必要があり、その間、金属表面からできるだけ多くのガスを排出するためにパイプを 150°C 以上に加熱する必要があります。

避難用のパイプラインを準備するだけでも多大な労力がかかり、米国の遠隔地に高度な設備を設置するのも困難でした。これらのパイプは大きく、建設には長い時間がかかり、その間に地元の野生動物が住処となります。リビングストンで完成間近のパイプラインを作業員が歩いたところ、パイプ内でスズメバチ、クロゴケグモ、ネズミ、ヘビを発見した。これは、彼らの酸性の尿が元のステンレス鋼に汚れを残し、空気を抜くときに蒸気を放出するため、パイプが真空環境に達する前に大規模な洗浄が必要になることを意味します（酸が関与すると、「ステンレス鋼」はもはや「ステンレス」ではなくなります） ）。

手術管内は高真空にもかかわらず、その金属壁の厚さはわずか 3 mm です。手術チューブに沿って高密度の補強リングがないと、外部の空気圧によって補強リングが押しつぶされてしまいます。各チューブの外側はコンクリートで包まれていますが、これは真空保護のためではなく、外部からの衝撃を和らげるためです。それは、夜にパトカーがハンフォード天文台のパイプに衝突し、運転手の腕を折ったものの、パイプは無傷のままであるようなものです。損傷したチューブに空気が流入すると、大規模な爆発が発生し、検出システムの大部分が破壊され、数百万ドル相当の損害が発生します。

長い腕はより長い距離にわたって伸びるため、地球の曲率に対応するために、その支持体の高さをその長さに沿って徐々に高くする必要があります。チューブの一方の端からもう一方の端までの高さの差は 1 メートル以上あり、チューブを完全に真っ直ぐに保つ必要があります。これは、検出器が適切に動作していることを確認するために考慮すべき小さな問題にすぎませんが、もう 1 つの大きな問題は振動です。環境における避けられない振動に対処するために、LIGO はさまざまなコンポーネントの位置を監視し、変化に対処するためにアームやその他のコンポーネントを微調整するための完全なリアルタイム フィードバック システムを備えています。このシステムは、1 分間に 983,000 回、平均して 0.000061 秒に 1 回位置を監視できます。 「免震プラットフォーム」が扱う振動は、LIGOが毎日検出する波のレベルの約100万倍もの大きな振動です。 LIGO のミラーが重力波以外の理由で動かないように設計されたサスペンション システムによって、追加の衝撃保護が提供されます。揺れを抑えるために4つの独立した振り子サスペンションを使用し、人間の髪の毛の直径のわずか2倍のグラスファイバーでミラーを吊り下げ、40kgの「試験質量」であるミラーを可能な限り安定に保ちます。

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ルイジアナ州とワシントン州にある LIGO 天文台は、観測プロセス中に合計 100,000 のデータ チャネルを収集します。収集される情報フローには、真空管内で直接観察されたレーザー干渉データと、反射鏡、真空管の状態、周囲環境に関する詳細な環境データの両方が含まれます。地球の物理的な振動が確実に中和されるように地震計も組み込まれているため、科学者は不要なノイズや干渉を最小限に抑え、実際の信号に集中することができます。

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