参与引力波探测的华人科学家:将推动中国天琴计划

　　其中一个比较有特色的检验就是关于引力波的传播速度的检验。没有其他方法比较，怎么能说明引力波是以光速传播呢?简单的答案就是，对于这个事件，由于没有其他方法比较，只能间接的对引力波的传播做一个检验。由于在不同频段波形和广义相对论的预言吻合，我们可以推断，引力波在不同频率上的传播速度一致。不同频率上传播速度一致的波，根据“狭义相对论协变性”的要求，一般来说应该是以光速传播的。于是，从这个意义上讲，这次也算是部分、间接的验证了引力波以光速传播这个性质。

　　引力波天文学

　　直接探测到双黑洞的碰撞，只是引力波天文学的开端。就算你猜中开头，也绝猜不到结尾!因为没有结尾!

　　对于双黑洞引力波的研究，GW150914只是一个开端。更多的双黑洞事件，会让我们更详细的了解黑洞附近的时空几何，以及黑洞碰撞时候时空的几何动力学性质。下一步使用LIGO，我们还期待着双中子星、黑洞中子星碰撞的发现。这些，还会让我们了解中子星的内部结构。更进一步的，LIGO还希望可以探测到从单个中子星发出的连续引力波辐射，甚至是背景引力波辐射。LIGO打开了一扇探索宇宙的新窗口，更令人兴奋的是一些未知源的引力波爆也可能被探测到。

　　大部分引力波源发射引力波的时候也发射传统天文学的“信使”：电磁波，中微子和宇宙线。 结合传统天文学的信使，引力波-多信使对应体-宿主星系这一体系的进一步联合观测将不但有利于提高引力波的定位和参数估计精度，还能提供对于引力波多信使对应体本质的更多理解。

　　在Advanced LIGO之后，我们希望能提高地面引力波探测器的精度，从而探测到更多的双黑洞，双中子星，中子星-黑洞双星等事件;这将提供关于详细的黑洞形成和演化的更确切数据，更可以使我们直接推断中子星状态方程，暗能量状态方程等等物理学、天文学、宇宙学更为有趣的问题。增加更多的事件、并且探测到更高信噪比的信号，也有利于精确的研究黑洞的性质，与广义相对论做更详细的比对。

　　更进一步，我们要在空间建立引力波探测器。在空间，物体之间的距离更长，而且没有地面上振动的扰动，让我们可以观察低频率的引力波，可以探索超大质量黑洞绕转和小黑洞围绕大黑洞旋转等有趣的现象，从而了解星系形成的过程和进一步了解黑洞周围的时空结构。

　　翻页见知社学术圈对陈、范两位老师独家采访：

　　陈雁北，加州理工学院物理学教授，美国物理学会会士。2003年在Kip Thorne指导下从加州理工学院获得博士学位。2007年回加州理工任助理教授，2013年升任正教授。

　　范锡龙，湖北第二师范学院物理学副教授，中国引力与相对论天体物理学会会员。2006年-2007年访问德国马普所引力物理研究所1年，跟随陈雁北、温琳清等人学习。2008年在朱宗宏教授指导下获得北京师范大学硕士学位。2012年获得意大利里雅思特大学博士。曾获得英国皇家学会“ Newton International Fellowships ”和中国国家自然科学基金资助。

　　陈雁北(右)和范锡龙(左)在加州理工办公室

　　知社： 能不能介绍一下您在LIGO科学联盟中的工作，以及对引力波探测的贡献?

　　陈雁北：我在1999年进入Caltech的时候，本来没有太多的目的性。但是听了Kip Thorne讲课，觉得他这个教授比较有意思：不但兴趣广泛，而且往往能把很复杂的问题用很简单的方法搞定。我那时候觉得我自己数理基础不是特别好，不敢搞特别抽象的高能物理理论，手又笨搞不了实验，于是就决定追随Kip Thorne。

　　从1980年开始，Kip Thorne和他的学生Carlton Caves，以及合作者，莫斯科大学的Vladimir Braginsky和Farid Khalili在对LIGO灵敏度的研究中，涉及到了对单个量子物体连续测量的理论，我刚入学的时候对这个问题特别感兴趣。

　　我一开始是和一个博士后，Alessandra Buonanno，一起做一些量子光学的计算。现在Alessandra是德国马普引力物理研究所的Director之一，在这次引力波事件的分析中起到了决定性的领导作用。后来这些就可以用来计算Advanced LIGO这个光学结构下光的量子涨落所导致的噪声。其实我们的公式到现在还没有用上，因为Advanced LIGO还没有用到足够的激光光强。我后来就一直继续对量子噪声的计算，和下一代LIGO的光学设计的研究。我在博士期间第二个工作，也是和 Alessandra以及另外两个研究生Michele Vallisneri、潘奕一起，研究在第一代LIGO中怎么最优的提取出双黑洞的信号。在那个时候，数值相对论的模拟还不成熟，所以我们都是考虑怎么把微扰论的结果用在LIGO的数据分析上。

　　博士毕业以后，我到德国的马普引力物理研究所，并且继续参与LIGO的研究。我在Caltech做博士的最后几年，以及在德国的时候，initial LIGO在提取数据，但是没有探测到引力波。但是由于那时候大家觉得LIGO也有可能发现引力波，德国的洪堡基金会发给了我一个Sofja Kovalevskaya Award，让我领导了一个科研小组。那几年我主要是研究宏观物体的量子测量问题，以及怎么样用LIGO同时作为检验量子力学的工具。我也同时和日本国家天文台的川村教授合作了一些空间引力波探测器的设计，还和马普所的博士后温琳清(现在在西澳大利亚大学)合作了多探测器引力波数据分析策略的研究。我也同时做了一些空间引力波探测器的设计、以及引力波数据分析策略的研究。我和那时候马普的研究生P. Ajith、博士后Martin Hewitson一起发明的Phenominological Template Bank，现在是LIGO双黑洞数据处理中的一个重要方法。

　　回到Caltech以后，我继续做量子测量、LIGO光学设计的研究，也和Caltech的Rana Adhikari教授合作，做了一些LIGO中光学器件热噪声的研究。在广义相对论方面，我开始研究黑洞微扰论，并且开始研究黑洞合并时候几何动力学的一些特点。在数据分析方面，我和西澳大学的温琳清教授合作，发展了一个快速提取中子星并合波形的数据处理方案。这个方案正由温教授实施在LIGO中。加拿大华人网 http://www.sinoca.com/