探秘引力波：科学实验中的 “运动” 与 “静止”

发布日期：2019-12-09

辩证法中曾经讲过运动是永恒的，静止是相对的。科研实验中的运动与静止也是非常有意思的。2016年2月11日晚，美国激光干涉引力波天文台-LIGO通过观测两个黑洞的碰撞融合过程，宣布并证实了引力波的存在。这一发现填补了广义相对论实验验证后一块缺失的拼图，其意义之重大也可想而知。

图1 美国激光干涉引力波天文台-LIGO

引力波是什么？现代物理学认为，引力波是一种与电磁波不同的辐射，无法通过电磁辐射直接观测。引力波与宇宙中物质的相互作用是非常微弱的，因此可以传播很远的宇宙空间。引力波是一种时空涟漪，如同石头被丢进水里产生的波纹一样。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。

简单来说，如果把肉眼和光学望远镜比喻成“看”，那么射电望远镜就像是“听”，而引力波就是“感知”。通过涟漪的波动，来反推出核心漩涡的信息。引力波探测是「开眼看世界」级别的提升，使我们终于有能力去探测宇宙原始的“黑暗”。

自从1916年爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在，近百年来人们不断尝试在实验上去验证。而实验难的两个部分是对长度测量的精度以及外界震动的干扰。只有实验装置之间近乎理想状态的相对“静止”，才能测出这宇宙间缥缈的“运动”。

经过长期的精心设计，人们在2016年成功利用长距离激光迈克尔逊干涉原理将引力波造成的长度变化放大到测量精度以内。在避免外界震动干扰方面，人们成功利用悬浮加电磁阻尼技术将相距千米的实验装置相对震动降低到了接近理想的“静止”状态。正是实验技术的不断提升，才让科学家完成了人类在宇宙探索上的又一壮举。 

图2 Montana全新推出的超高阻尼HILA系统（中间区域采用悬浮加电磁阻尼技术）

目前这一减震技术已经应用在了比较精密的小型实验装置上。美国Montana公司新推出的超高阻尼低温光学恒温器HILA系统就是利用悬浮加电磁阻尼减震技术，成功将震动加速度降低到了<1 μg/√Hz (1-100 Hz)，这一技术的采用，除了能避免制冷机的震动以外，对外界的微弱震动也起到了很好的隔离作用。目前该系统即将完成全部性能测试，而后正式面向全球各实验平台的用户。

Quantum Design China作为美国Montana公司在中国的合作伙伴，借圣诞节来临之际，正式向全球低温领域的研究人员推荐这一高性能恒温器。期待您在Montana超高阻尼低温光学恒温设备的助力下科研进展顺利，在新的一年里收获更加丰硕的研究成果！