顶科现场诺奖得主巴里什理论研究需要高级精密的工程能力
·巴里什表示,需要非常准确非常系统级别的工程学,才能支持建造出像LIGO这样的仪器,从而实现10的负12次方级别这么灵敏的激光测量,检测黑洞发出的引力波扰动。
11月3日,上海,诺贝尔物理学奖得主巴里·巴里什在世界顶尖科学家论坛——工程科技创新与发展论坛上演讲。
"我们的实验需要现代物理学、天文学等领域的结合,由理论物理学家所做的实验创新,非常具有挑战性,也需要高级精密的工程能力进行支持。"11月3日,上海,2017年诺贝尔物理学奖得主巴里·巴里什(Barry Barish)教授在第五届世界顶尖科学家论坛——工程科技创新与发展论坛上作了《工程学与物理学发现(Engineering and Physics Discoveries)》的主题演讲,强调理论研究与工程学的紧密关系。
巴里什是美国实验物理学家、加州理工学院物理学院荣誉教授、引力波研究先驱。因对"LIGO探测器和重力波的观测做出了决定性贡献",他与莱纳·魏斯和基普·索恩一起被授予诺奖。
"今天我想分享的话题是工程和科学如何互动,如何让发现科学知识变成可能。"巴里什说。
他的演讲以爱因斯坦对于引力波的研究作为引子:"爱因斯坦在大约一百多年前提出了一个关于引力的新理论,他通过这个理论解决了许多牛顿的问题。他发现牛顿的理论认为苹果的掉落是即时发生的,掉下来的苹果你马上就能看到。但实际上从苹果掉落到我们身上这个过程的传播也是需要时间的。他的引力波理论非常清晰:这一切的发生,都与光速有联系。"
11月3日,巴里·巴里什在世界顶尖科学家论坛——工程科技创新与发展论坛上介绍爱因斯坦对于引力波的研究。
"比如两个黑洞如果在宇宙深处合并就会产生巨大的引力波。"巴里什说,当两个黑洞一起释放出引力波,引力波以光速来到13亿年后的地球,在爱因斯坦的理论中,引力波会扰动地球上的时空,而科学家可以通过LIGO仪器去检测这种扰动。
巴里什提到,这个技术涉及许多工程学和物理学知识,例如位于华盛顿的激光干涉仪,展示了引力波的机理。当引力波穿过检测器的时候,就会改变其中的图形形状,从而形成扰动。检测到的形变十分微小,小于10的负21次方,这需要一个巨大的光干涉仪。同时科学家还要屏蔽地球表面的一些噪音,这都是非常精密的工程学问题。
巴里什说,干涉仪中间有两个管道,内部的仪器非常精密,用于构成激光干涉仪。可以让光线能够移到正确的位置上,也允许科学家持续更新,持续跟进,而不是需要在每次测量后整个推倒重来。这些部件能够遮挡噪音,长度是4公里。管道内部是真空的,压力级别是10的负9次方,需要使用非常精密的光学组件,在表面和机体配备非常高的精密度,能够精确地反射光。他们的成果是YAG激光器,能够给激光带来稳定的频率和非常高的准确性,而这些都是技术上的挑战,需要有很强的工程能力。
巴里什还介绍了如何通过工程学屏蔽地球上的干扰:"我们使用的是一种多阶段隔离技术,结合了一些汽车上日常会使用的技术,比如说震动减震的这些机械机理。我们做了四个级别的减震器,但是还不能达到10的负12次方的计量级别,所以我们增添了其他的技术。比如说用很多传感器去测量剩余的地球运动,然后我们的主动减震器再把这些噪音减掉。"
巴里什表示,需要非常准确非常系统级别的工程学,才能支持建造出像LIGO这样的仪器,从而实现10的负12次方级别这么灵敏的激光测量。
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