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引力波探測的中國腳步

  • 發佈時間:2016-02-14 01:51:27  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  北京時間2月11日,美國加州理工學院、麻省理工學院、LIGO(鐳射干涉引力波天文臺)科學聯盟以及美國國家科學基金會聯合宣佈:引力波終於被探測到了!這是人類有史以來首次觀測到時空的漣漪,它將打開人類探索宇宙的新窗口。這一震驚世界的發現將對中國的引力波探測事業産生什麼樣的影響?科技日報記者就此對中科院國家天文臺研究員張承民進行了專訪。

  科技日報:中國科學家對引力波的探測是從什麼時候起步的?

  張承民:中國對引力波的探測研究早在上世紀 80 年代就開始了,這得益於著名科學家、原人大常委會副委員長周培源教授的支援,他曾經在美國普林斯頓大學留學,學習流體力學和廣義相對論, 並聽過愛因斯坦的課、與其一起討論相對論。但當時由於條件落後,經濟環境不是很好,設備和技術也不是很到位,那時對引力波的探測處於初級階段,大部分情況下是進行理論的探索、方案的可實施性研究。

  當時中科院的高能物理研究所、物理研究所以及中山大學都建立了引力波研究小組,進行了簡單的、最原始的棒狀天線觀測,現在看來這些粗糙的設備距離探測引力波所需的靈敏度還是差得比較遠的,但是中國科學家畢竟是進行了引力波研究的起步跟蹤。

  科技日報:中國科學家有沒有想過建造像美國LIGO那樣的鐳射干涉儀來探測引力波?

  張承民:2000年前後美國LIGO建立後,中國科學家受到很大鼓舞。當時國家天文臺還有其他單位相關學者開始牽頭研討建設中國概念的鐳射引力波干涉儀。當時中科院的領導給了很大的支援,提供了項目的必要啟動經費,國家天文臺對這個項目也是比較支援的。我本人榮幸地作為早期引力波探測項目參與者之一,也積極進行這方面的推動工作。

  科技日報:現在中國的引力波探測處於什麼樣的發展狀態?

  張承民:中國在貴州建設500米口徑射電望遠鏡(FAST)方面,把引力波作為探測目標之一。也就是説,後來引力波這項計劃就轉變成為FAST的科學目標之一,它未來可以通過監測毫秒脈衝星的空間位置變化,檢驗引力波的直接證據。

  此前在上海建成的65米口徑射電望遠鏡,以及現在正在新疆籌建的110米口徑射電望遠鏡,都提出把脈衝星引力波監測作為其科學目標之一,但是它們的靈敏度和綜合性能目前還達不到美國和澳大利亞射電望遠鏡的探測能力。在用射電望遠鏡探測引力波方面,美國、歐洲和澳大利亞目前是走在我們前面的。

  FAST項目建成之後我們有可能實現追趕並趕超,按照設計要求, FAST的靈敏度和精度會比國際上現有最好的射電望遠鏡高3到5倍,它未來可能會成為引力波探測與研究的利器。因此,在未來幾年,我們可以耐心等待來自中國的發現。

  除此之外,中國加入了澳大利亞和南非正在建設的平方公里大型射電望遠鏡陣列(SKA)計劃。SKA完成後將是世界上靈敏度最高的望遠鏡陣列,未來可能在探測引力波方面也會具有很高的權威性和説服力。

  科技日報:在探測引力波方面,我們的路徑似乎和美國有所不同。

  張承民:中國沒有像美國一樣建設一個鐳射干涉儀直接探測引力波設備,而是投入到射電望遠鏡當中,找到了射電天文學與引力波監測的結合點,因為這跟我們國家目前的科技人員隊伍的知識結構比較匹配吻合。可以説中國的引力波探測研究一直在進行當中,只是選擇的策略和科技發達國家不太一樣。我們國家當時遵循了“有所為、有所不為”的科技策略,是符合國情的判斷。

  但是這並不排除我們以後可能會建設小型的引力波鐳射干涉儀裝置。現在我們的科技能力和科技隊伍都有了一定的發展,再加上這次美國在引力波直接探測方面取得了重要成果,意味著原理上講這種設備是可行的,所以中國未來也可能會考慮適當的引力波探測策略。

  科技日報:美國科學家探測到引力波的消息震動全球科學界,您認為它對中國涉及引力波探測的項目例如FAST和“天琴計劃”會有何影響?

  張承民:美國科學家這次重大發現對中國在引力波的研究、探測以及相關科技設備研製、建設方面,可能會有比較好的推動作用。這個消息對FAST是極大的激勵,因為未來我們在探測引力波時,可以朝LIGO所探測的波源方向靠攏,這樣在探測上會有互相佐證的機會。“天琴計劃”是中山大學發起的空間引力波探測計劃,本次引力波發現事件對“天琴計劃”也有很大的激勵作用,至少從原理上確認了引力波存在的直接證據,這也説明“天琴計劃”從科學原理上是可行的。美國科學家在獲得引力波直接證據上取得了前所未有的科技結果,這對“天琴計劃”在進行設備和方法論證時會起到一定的參考作用。對我國的引力波探測計劃,我持積極樂觀的看法。(科技日報北京2月13日電)

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