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马黑家微信圈: Gary 谈引力波发现 2016-02-12 09:39:47

马黑家微信圈:Gary 谈引力波发现



姐夫在马黑家微信圈里转载了这样一条消息:“今晚,这则消息将轰动全世界:人类首次直接探到引力波!”


小妹夫老涛提议说:“Gary (大妹夫)在引力波问题上应该给大家上堂科普知识课”


大妹夫Gary接受小妹夫老涛的建议,马上接着在微信圈里,给马黑娃家娃儿上了以下一堂关于引力波的科普课:


“好吧,我就来科普一下吧。根据爱因斯坦的广义相对论,引力(也就是我们每天都感觉到的重力),实质上是 由空间和时间的扭曲所造成的。物质存在于时空中就会使时空扭曲。爱因 斯坦的 广义相对论方程精确地描述了物质和时空扭曲之间的定量关系。这个方程可以说是 人类至今所发现的最“漂亮”的方程。方程的形式非常简单,但却 可以推导出很多 惊人的预言,而这些惊人的预言,又都一一得到了试验和观测的精确验证,其中包 括水星近日点的变化(不能用牛顿的万有引力来解释), 时钟在重力场下变慢 (GPS系统必须考虑这一效应,否则就不准),黑洞的存在,和大爆炸宇宙学,等 等。爱因斯坦的广义相对论方程还预言了引力波的 存在,也就是当物质做加速运 动的时候,其产生的时空弯曲的快速变化,会像水波一样地向外传播,这就是引力 波。但爱因斯坦这一预言,近一百年来一直 没有被探测到,因为信号太弱。今天 终于被LIGO探测器探测到了,这的确是物理学界的一件大事。

这次观测到的引力波事件,是由十三亿光年以外的两个黑洞相撞合并而产生的, 其中一个黑洞为29个太阳质量,另一个为36个太阳质量,合并后成为一个62个太阳 质量的黑洞。眼明的人可能会说,你这算术有问题,29 + 36 = 65 怎么会是62? 对不起,这算术是对的。因为根据爱因斯坦,质量还可以变成能量,在这一合并过 程中有3个太阳质量的物质以引力波的形式辐射到了整个宇宙之 中!可是这么大的 引力波辐射,到了我们这儿,在LIGO上产生的震动比质子尺寸还小几千倍!LIGO能 探测到这么小的震动,可谓当今探测技术的最 高境界。

LIGO的主要发起人都在加州理工学院。Kip Thorne 是理论物理学家,我曾上过他 的课,讲的就是广义相对论。Ronald Drever 是实验物理学家,还是我博士论文答 辩的评审教授之一。(加州理工学院的博士论文答辩由四位教授评审,其中一位必 须是非本专业的教授。Ronald Drever就是那位非本专业的评审教授。)我的博士 导师Barry Barish还有一段时间当过LIGO的发言人(spokes person,实际上就是 实验组的头)。Ronald Drever 可以说是一辈子都献给了引力波的探测,他从年轻 时候开始,一直做到老。可是不幸的是,当引力波真的被探测到的时候,他已经得 了老年痴呆症,住在 nursing home 里。也不知他的老年痴呆症有多严重,是否还 能理解今天的探测结果,享受成功的喜悦。

这一成果的意义不只是探测到了引力波,再次验证了爱因斯坦的广义相对论。它为 人类认识宇宙开了另外一个窗口。可以说,在此之前,人类认识宇宙只是 用眼睛 看,用各种望远镜来观测,现在多了一双耳朵,可以听到一些眼睛看不到的东西。 例如,黑洞不发光,无法用望远镜看到,可是LIGO却能听到它 们之间的碰撞。”


大妹评论说:“这个Ronald Drever 一辈子只做一件事,就是引力波的探则,太枯燥了,又得了老年痴呆,住在老人院,他一辈子探测的引力波终于有了重大发现,可惜他应该不知道了吧,太惨了!令人不胜唏嘘命运做弄人啊!科学家就是一群在沙漠里淘金的苦行僧,大部分人都会被湮灭的无声无息的离开这个世界。” (大妹刚刚在马黑家微信圈写了这一段话,讲得不错,在此补上)




相关链接:


芹泥:· 引力波-爱因斯坦百年前的预言今天被证实





·对话Gary:星外智慧生物与Fermi Paradox

·关于科学和宗教的对话

·Carl Sagan:淡蓝色的点

·视频:人类的旅程(Journey of Man:A Genetic Odyssey )





浏览(3377) (4) 评论(66)
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文章评论
作者:老度 留言时间:2016-02-16 07:43:23
在马黑这篇文章中,只看到jsq兄对引力波的解释。 但这种解释还是没使我弄明白。
我们首先假定有两个不同的场,例如引力场和电磁场,这两个场通常都遵循着它们自身的规律,有它们自身的数学,几何与物理定律和公式,但在现实世界中,这两个场并不是相互孤立的,而往往是在某种空间和时间中重合着。
在电磁场中存在着电磁波,电磁波有粒子和波动的二重性,而波动的频率也可以有不同的变化,在光量子的理论中,光量子也是有能量的,并且光波的频率如果不同,它的色彩也将不同,但是电磁波在传导时,并没有能产生涟漪。
如果假设引力场中存在着引力波,而引力波的功率非常小,很难被测到,引力波的传导也有波动性的一面,跟电磁波不同的是,引力波的传导为什么会产生涟漪呢?
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作者:马黑 留言时间:2016-02-15 18:26:36
jsq:

谢谢来访评论。很有创意的解释。看来,理解引力波,想像力很重要。
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作者:jsq 留言时间:2016-02-15 16:21:06
什么是引力波?
在某个特定点上,其引力大小,不断地变化,一会大,一会小,其方向一会向东,一会向南。
为什么会这样的呢?原因就是引力原在不断地变化。

地球围着太阳转,我们假定太阳不动,地球被太阳吸过去的引力,是不变的,那就时没有引力波动。但假如,太阳,有两个,这两个太阳相互绕转。就象一对男女跳旋转舞,周围一群人围观他们的舞姿。一会看男的,一会看女的。这样围观的人眼睛就会有波动。穿过这对男女的心,画一条线。你在边上看他们,你的位置与这条线,一会在一条线上,一会成为垂直。但大部分时间是在线的两边。这条线与你所 在位置的距离,或远或近,有规律的变化。如果把这条(贯穿男女心脏的)线与你所在位置的距离,幻化成引力,那就是引力波。
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作者:马黑 留言时间:2016-02-15 11:06:18
北雁:

我们一起去给谭岳的大作捧场吧。
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作者:马黑 留言时间:2016-02-15 11:05:08
谭岳:

这个话题太有意思了,刚才看见你大作出来了,坐了沙发,等会去细读。
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作者:马黑 留言时间:2016-02-15 11:03:12
谢谢1南蛮再次来访和补充。Gary有空时会过来看看朋友们的留言,他会去你介绍的网站看看的。
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作者:北雁高飞 留言时间:2016-02-15 08:17:20
谢谢马黑的这则精彩的爱因斯小故事!非常期待谭岳君的大作!
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作者:谭岳 留言时间:2016-02-15 07:52:43
马黑兄在评论加了一些有关音乐对爱因斯坦的影响的信息,

“音乐成为爱因斯坦生活中的一个不可分割的部分,他常常将音乐作为集中精力思考某个科学问题的手段。”

这个说法是可以肯定的,我正写一篇博文展开一下。
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作者:1南蛮 留言时间:2016-02-15 02:02:29
马黑君,
我亦将一篇不同意见的文章链接放上。方便有兴趣的人阅读。如果Gary感兴趣就更有意思了。多谢他的科普及介绍的。

清华教授质疑:必须要用超大型探测器才能 量到引力波吗?
http://www.jianshu.com/p/8dc743c95de5
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作者:马黑 留言时间:2016-02-14 20:21:16
luxian:

谢谢来访评论。我已经看过你的链接,并转给Gary,估计他不会有时间再写点什么来讨论此事了。
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作者:luxian 留言时间:2016-02-14 10:15:08
媒体对LIGO测试到引力波的解读,可能有点过度乐观,而忽视了质疑之声。下面的链接是一篇质疑文章。希望你的妹夫能从专家的角度,对这些之声也给一个评述。
http://tech.163.com/16/0214/06/BFP121LA00094O5H.html
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作者:luxian 留言时间:2016-02-14 10:11:04
媒体对LIGO测试到引力波的解读,可能有点过度乐观,而忽视了质疑之声。下面的链接是一篇质疑文章。希望你的妹夫能从专家的角度,对这些之声也给一个评述。
http://tech.163.com/16/0214/06/BFP121LA00094O5H.html
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作者:马黑 留言时间:2016-02-13 21:47:05
ZMOU:

一般来说,想象力好像是作家诗人的能力,可实际上想像力对于物理学家也非常重要,非常同意你的这个观点。

下面这个网络找来的关于爱因斯坦与音乐的故事很有意思:

执著的小提琴、钢琴演奏者

  2005年5月21日下午,首都博物馆多功能厅的弧形舞台上,温暖朦胧的灯光投射在两位身着黑色西装的外国人身上,他们斜偏的下巴夹着闪烁木器光泽的小提琴,一张一弛的右手拉出饱满圆润的莫扎特降E大调小提琴奏鸣曲。

  这里即将开始的并非是一场音乐会,而是由英国大使馆文化处等三家单位组织的一次科学前沿报告会,主讲人是牛津大学实验物理教授布赖恩·福斯特先生,演讲主题是《超弦之音———琴迷爱因斯坦》。而小提琴演奏家杰克·理贝克演奏的乐曲正是爱因斯坦最喜爱的巴赫和莫扎特的小提琴曲。

  随后的报告中,布赖恩教授告诉大家:“曾有人说过:‘在我看来,爱因斯坦如果不会拉小提琴,可能不会想出相对论。小提琴有一个在小空间里的宇宙’……”

  音乐对爱因斯坦的研究和生活究竟意味着什么呢?

  据中科院自然科学史研究所研究员、《一个真实的爱因斯坦》主编方在庆先生介绍,爱因斯坦5岁开始学习小提琴。13岁在他阅读康德的哲学著作同时也发现了莫扎特的奏鸣曲,从此坚持自学小提琴,小提琴也成为他最喜欢的乐器。

  爱因斯坦对音乐抱有一种谨慎的尊重,迟暮之年,当抖动的手已经无法如从前一样灵活地拉小提琴时,他就更多地选择弹钢琴。一位朋友想把一把名贵的小提琴送给他,他却表示“我知道我现在的演奏水平”,于是婉言谢绝。

  爱因斯坦的演奏水平外界评论尚有争议,有的人认为他的演奏相当了不起。也有些人认为爱因斯坦的演奏水平一般,这大多来自专业音乐家,可惜爱因斯坦演奏录音几无存世。爱因斯坦对音乐的重视与情感,甚至延续到子女的教育当中。他曾对儿子说,“你应该去音乐中寻找心灵的归宿”。

  爱因斯坦对很多音乐家及其作品有着自己独到的见解,他最喜欢的音乐家是巴赫和莫扎特,他认为巴赫音乐的典型特征是典雅,而莫扎特则非常优美,相对而言,贝多芬的音乐“过于强烈”。

  “不少科学家喜爱巴赫的音乐,这是一个很有趣的现象,”对音乐造诣颇深的中国科学院化学所前所长胡亚东先生说,“目前世界上通用的把一组音(八度)分成十二个半音音程的律制,钢琴键盘上共有黑、白键88个,就是根据十二平均律的原理制作的。这其中包含很多数学规则。巴赫音乐的特点就在于,他音乐思维具有高度逻辑性和结构的严密性,而且严格符合了数学的规则。有人说他已经直接用音乐来诠释数学了。很多科学家喜爱他的作品可能也与此有关,爱因斯坦也是这样。”

  英国科学史家阿瑟·米勒在他那本畅销书《爱因斯坦 毕加索》中,将两人加以对比研究,发现两个人都是在二十五、六岁前后做出了划时代的伟大贡献。当时的他们又都远离学术中心,没有名家指导,更没有多少研究资料可以参照。书作者认为,对于爱因斯坦而言,音乐的结构与节奏和物理学中的结构和节奏可以相互比较,并从中获得启发。不过,从目前国内外的研究来看,音乐对爱因斯坦理论的形成有什么样的直接影响,仍然没有定论。音乐成为爱因斯坦生活中的一个不可分割的部分,他常常将音乐作为集中精力思考某个科学问题的手段。
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作者:马黑 留言时间:2016-02-13 21:42:07
秋念11:

搞实验的科学笨?不会吧,搞实验的科学家既要动脑还要动手,应该很聪明啊。
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作者:马黑 留言时间:2016-02-13 21:40:09
1南蛮:

谢谢!有空我会去看看你介绍的网站。
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作者:马黑 留言时间:2016-02-13 21:38:23
阳光大哥:

你也新年快乐!
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作者:马黑 留言时间:2016-02-13 21:37:07
芹泥:

Gary以前和我聊过,他确实有写些科普文章的想法,我非常支持他。不过他最近很忙,有别的事要做,估计一时还不会在这方面花太多时间,今后是可能的。我建议他就从写博客开始,博客里小文章一个一个开始,用最通俗的语言和方式,给非科学专业的人介绍有趣的科学世界。
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作者:马黑 留言时间:2016-02-13 21:33:13
昭君:

对Gary是81年CUSPEA考试来美,加州理工学院毕业的。我记得当年我在博客里提到这点,CUSPEA 这个词还是你给拼写出来的。对搞科学研究的人我也是一直很崇敬。
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作者:马黑 留言时间:2016-02-13 21:26:47
紫鸟:

Gary 忙着做一个project, 他一开始做什么事,就高度专注,估计最近是不会有时间写什么东西了,很遗憾。
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作者:zmou 留言时间:2016-02-13 17:36:38
卓别林在他的自传里说:一次卓别林和他的妻子去看望爱因斯坦,爱因斯坦秀了一把小提琴.卓别林说爱因斯坦拉的一般般.爱因斯坦的动手能力一般,但他的想象力是最杰出,无与伦比的.
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作者:秋念11 留言时间:2016-02-13 14:56:25
巴赫是最聪明的音乐
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作者:秋念11 留言时间:2016-02-13 14:53:36
动脑子朋友很不容易得痴呆啊?看来搞实验的是要笨一点。
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作者:1南蛮 留言时间:2016-02-13 14:08:45
谢谢马黑兄的文章介绍及科普。
如有兴趣,我看饶毅等人开设的微信公众号, The-Intellectual ,(知识分子) ,也有几篇行业人士的文字,甚至有不同意见的讨论。颇有意思。
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作者:love阳光 留言时间:2016-02-13 10:42:38
谢谢马黑这一篇文章,让俺对引力波有了初步的了解。
也祝你们全家 新年快乐。
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作者:芹泥 留言时间:2016-02-13 10:10:02
同意紫儿MM的提议,如果能请Gary铺张一下,写得更详细一些,然后,紫儿MM再补充一些内容,让我们这些外行能稍微领会得深一些,就好了。
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作者:昭君 留言时间:2016-02-13 09:26:26
马黑,前天看到这个消息,第一个就想到你家妹夫可能知道这些人,因为记得他是加州理工毕业的物理博士。这些科学家太牛了。爱因斯坦太牛了。
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作者:紫荆棘鸟 留言时间:2016-02-13 08:29:18
我充其量是1/4瓶子醋:)
要不马黑兄请 Gary 再码一篇更加专业些的科普?
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作者:马黑 留言时间:2016-02-12 21:41:47
海天:

看到你写的高大上这个词我笑了。我心里偷笑着说: 我这是装的,因为我完全是门外汉。把妹夫微信里的话搬到博客里,有点科学范,装做高大上。
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作者:马黑 留言时间:2016-02-12 21:38:20
北雁:

谭岳确实妙语,把物理学与古典音乐联系到一起去了。我先是看了芹泥的报道。今早看见马黑家微信圈里关于此事对话,感觉Gary说的很有有意思,就发了这篇博文。
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作者:马黑 留言时间:2016-02-12 21:35:24
谭岳:

你也猴年快乐大吉大利!

爱因斯坦拉小提琴这事我知道,不知道他水平如何,估计应该不差。小提琴拉不好很难听。古典音乐与物理学之间应该有某种特别联系,这我相信。
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