[중국에서 온 다이렉트 메일] I READING은 독서를 좋아합니다. 중력파는 우주의 신비의 시공간 파동을 탐구합니다.

간략한 소개

1916년 아인슈타인이 중력파를 예측한 이후로 사람들은 중력파의 존재 가능성을 깨닫게 되었습니다. 물리학자들은 국부적인 소스의 간섭 문제와 이를 식별하는 데 필요한 극도로 민감한 장비에도 불구하고 1960년대부터 중력파 감지에 대해 연구해 왔습니다.우주의 신비를 탐구하는 인간 기술과 능력의 한계. 물론 이는 단순히 "아인슈타인이 옳았다는 것을 증명하는 것"을 넘어서 천문학의 새로운 분야가 확립되고 있음을 의미합니다. 미래에는 지금까지 확인되거나 거부될 수 없었던 이론을 테스트할 수 있는 능력과 더 많은 발견이 이루어질 수 있습니다.

책 '중력파: 공간과 시간의 파문, 우주의 신비를 탐구하다'('소백과사전 시리즈·시즌 2')는 현대물리학의 최첨단 주제와 공간과 시간의 신비를 풀어내는 새로운 방법을 종합적으로 소개하고 있다. 우주에서 중력파 중력파의 개념 제안, 탐지 장비의 발명부터 LOGO 프로젝트의 계획, 조직, 구현 및 탐지 결과에 이르기까지 파노라마 뷰는 오랫동안 과학자들의 끊임없는 정신을 보여줍니다. 탐사 과정의 우여곡절을 다루며 천문학 연구에서 중력파 천문학의 혁신을 강조합니다. 광범위한 전망.

저자 소개

브라이언 클레그(Brian Clegg)는 케임브리지 대학교 물리학과를 졸업하고 우주론, 무한 문제, 양자 이론 등을 주제로 한 다수의 베스트셀러 인기 과학 서적을 집필한 유명한 대중 과학 작가입니다. "빅뱅 이전", "타임머신 구축", "중력", "양자 얽힘" 등이 있습니다. 그의 "무한의 간략한 역사"와 "주사위의 세계"는 둘 다 왕립학회 과학도서상 후보에 올랐습니다. 그는 또한 Nature, The Guardian, Physical World 등의 출판물에서 칼럼니스트이자 주제 평론가로 활동하고 있습니다.

목차

중요한 사건들

1중력파 발견

2파도란 무엇인가?

3 아인슈타인의 아기

4 중력파 챌린지

5 중성자별의 춤

6 마법의 거울

7 거짓 희망

8가지 놀라운 중력파

9미래를 바라보다

확장된 독서

멋진 책 발췌

주요 과학 프로젝트의 연구자들은 때때로 대중으로부터 큰 칭찬을 받습니다. 실시간 과학 운영 데이터가 공개되고 동료 과학자들이 세심하게 검증할 때, 이들 연구자의 노고와 시간을 들여 얻은 결과는 공공의 재산으로 전환되어 전 세계 언론에 보도될 것입니다. 하지만 2015년 9월 14일 이전까지 LIGO 팀, 즉 레이저간섭계중력파천문대 연구진은 그런 기대를 한 적이 없었고, 50년간의 결실 없는 연구가 예상치 못한 방식으로 끝날 것이라고는 누구도 생각하지 못했습니다. .

미국 내 두 개의 광대한 현장을 대상으로 전 세계 1,000명 이상의 과학자가 지원하는 대규모 LIGO 실험이 현재 엔지니어링 작업을 진행 중입니다. 이는 며칠 후 중력파 관측소가 운영되기 전에 실시하는 일상적인 기술 테스트입니다. 이것은 상황이 흥미로워지기 전의 미세 조정의 여덟 번째이자 마지막 주기입니다. 영국 시간으로 정확히 정오인 동부 표준시 오전 7시경에 관심 있는 사람들에게 첫 번째 이메일이 발송되었으며, 이는 망원경 도입 이후 천문학에 있어서 가장 큰 변화의 시작을 알렸습니다.

이날 우주에 대한 우리의 이해는 한 단계 더 발전했습니다.

LIGO를 천문대라고 부르는 것은 절제된 표현처럼 보일 수 있지만 실제로는 그렇습니다. LIGO는 거의 동일한 시설이 3,000km(약 1,865마일) 떨어져 있는 두 개의 거대한 사이트로 구성되어 있습니다. 하나는 루이지애나주 리빙스턴에 있고 다른 하나는 워싱턴주 핸포드에 있습니다. 두 사이트 모두 길이가 4km(약 2.5마일)이고 직경이 1.2m인 한 쌍의 튜브가 서로 직각으로 L자 모양을 이루고 있으며, 레이저는 한 쌍의 튜브를 따라 통과하며 빔이 수렴되기 전에 여러 번 종료됩니다. 광학적 간섭무늬를 형성하고, 내부 거울의 반사로 인해 작은 간섭무늬가 형성되며, 간섭무늬 가장자리의 극히 작은 변화도 관찰할 수 있습니다. 중력파가 존재할 때 발생하는 빔 길이의 가장 작은 변화가 감지됩니다. 1916년에 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)은 공간과 시간 구조의 파동을 예측했지만 결코 감지되지 않았습니다.

두 개의 거대한 쌍둥이 시스템은 공기가 거의 들어 있지 않은 4km 길이의 금속 튜브로 구성되어 있습니다. 공기 분자의 진동으로 인해 레이저 빔이 산란되어 모니터링되는 신호에 "잡음"이 발생합니다. 튜브 끝에 매달린 반사경에 대한 모든 소리 진동 및 공기 흐름 영향은 레이저 빔 반사에 영향을 미칩니다. 이 파이프 내부의 압력은 대기 압력의 1조분의 1에 달하므로 40일 동안 연속 펌핑이 필요하며, 그 동안 금속 표면에서 가능한 많은 가스를 배출하려면 파이프를 150°C 이상으로 가열해야 합니다.

대피를 위한 파이프라인을 준비하는 것만으로도 미국의 외딴 지역에 정교한 장비를 배치하는 어려움과 마찬가지로 많은 노력이 필요했습니다. 이 파이프는 크기가 크고 건설하는 데 오랜 시간이 걸리며, 그 동안 현지 야생 동물이 보금자리를 만듭니다. 승무원이 리빙스턴의 거의 완성된 파이프라인을 통과했을 때 그는 파이프 내부에서 말벌, 검은과부거미, 쥐, 뱀을 발견했습니다. 이는 산성 소변이 깨끗한 스테인리스 스틸에 얼룩을 남기고 공기를 비울 때 증기를 방출하므로 파이프가 진공 환경에 도달하기 전에 광범위한 청소가 필요함을 의미합니다(산이 포함되면 "스테인리스 스틸"은 더 이상 "스테인리스"가 아닙니다). ).

작동 튜브 내부의 높은 진공에도 불구하고 금속 벽의 두께는 3mm에 불과합니다. 작동 튜브를 따라 조밀한 보강 링이 없으면 외부 공기 압력으로 인해 튜브가 부서질 것입니다. 각 튜브의 외부는 진공 보호용이 아닌 외부 충격을 완충하기 위해 콘크리트로 싸여 있습니다. 그것은 경찰차가 밤에 핸포드 천문대에서 파이프에 부딪혀 운전자의 팔이 부러졌지만 파이프는 그대로 남겨둔 것과 같습니다. 손상된 튜브에 공기가 유입되면 재앙이 될 수 있으며, 그에 따른 공기 폭발로 인해 감지 시스템이 대부분 파괴되고 수백만 달러 상당의 피해가 발생합니다.

긴 팔은 더 먼 거리까지 뻗어 있기 때문에 지구의 곡률을 수용할 수 있도록 길이를 따라 높이가 점차 증가해야 합니다. 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지의 높이 차이가 1미터가 넘고 튜브를 완벽하게 직선으로 유지해야 합니다. 이는 감지기가 제대로 작동하는지 확인하기 위해 고려해야 할 작은 문제일 뿐이며, 또 다른 더 큰 문제는 진동입니다. 환경에서 피할 수 없는 진동에 대처하기 위해 LIGO는 다양한 구성 요소의 위치를 ​​모니터링하고 변화에 대처하기 위해 암 및 기타 구성 요소를 약간 조정하는 완벽한 실시간 피드백 시스템을 갖추고 있습니다. 시스템은 분당 983,000회(평균 0.000061초마다 한 번씩) 위치를 모니터링할 수 있습니다. '면진플랫폼'이 처리하는 진동은 LIGO가 매일 감지하는 파고보다 약 100만배 더 큰 진동이다. 중력파 이외의 이유로 인해 LIGO의 거울이 움직이는 것을 방지하도록 설계된 서스펜션 시스템에 의해 추가적인 충격 보호 기능이 제공됩니다. 그들은 흔들림을 줄이기 위해 4개의 독립적인 진자 서스펜션을 사용하고, 사람 머리카락 직경의 두 배에 불과한 유리 섬유로 거울을 매달아 40kg의 "테스트 질량"인 거울을 최대한 안정적으로 유지합니다.

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루이지애나와 워싱턴에 있는 LIGO 관측소는 관측 과정에서 총 100,000개의 데이터 채널을 수집합니다. 수집된 정보 흐름에는 튜브 내에서 직접 관찰된 레이저 간섭 데이터와 반사경의 세부 환경 데이터, 진공관 상태 및 주변 환경이 모두 포함됩니다. 지구의 물리적 진동이 중화되었는지 확인하는 지진계도 포함되어 있어 과학자들은 불필요한 소음과 간섭을 최소화하고 실제 신호에 집중할 수 있습니다.

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