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引力波探测的中国脚步
2016-03-08 09:50:56   来源:   

——专访中科院国家天文台研究员张承民
    北京时间2月11日,美国加州理工学院、麻省理工学院、LIGO(激光干涉引力波天文台)科学联盟以及美国国家科学基金会联合宣布:引力波终于被探测到了!这是人类有史以来首次观测到时空的涟漪,它将打开人类探索宇宙的新窗口。这一震惊世界的发现将对中国的引力波探测事业产生什么样的影响?科技日报记者就此对中科院国家天文台研究员张承民进行了专访。
   科技日报:中国科学家对引力波的探测是从什么时候起步的?
   张承民:中国对引力波的探测研究早在上世纪 80 年代就开始了,这得益于著名科学家、原人大常委会副委员长周培源教授的支持,他曾经在美国普林斯顿大学留学,学习流体力学和广义相对论, 并听过爱因斯坦的课、与其一起讨论相对论。但当时由于条件落后,经济环境不是很好,设备和技术也不是很到位,那时对引力波的探测处于初级阶段,大部分情况下是进行理论的探索、方案的可实施性研究。
    当时中科院的高能物理研究所、物理研究所以及中山大学都建立了引力波研究小组,进行了简单的、最原始的棒状天线观测,现在看来这些粗糙的设备距离探测引力波所需的灵敏度还是差得比较远的,但是中国科学家毕竟是进行了引力波研究的起步跟踪。
     科技日报:中国科学家有没有想过建造像美国LIGO那样的激光干涉仪来探测引力波?
    
 张承民:2000年前后美国LIGO建立后,中国科学家受到很大鼓舞。当时国家天文台还有其他单位相关学者开始牵头研讨建设中国概念的激光引力波干涉仪。当时中科院的领导给了很大的支持,提供了项目的必要启动经费,国家天文台对这个项目也是比较支持的。我本人荣幸地作为早期引力波探测项目参与者之一,也积极进行这方面的推动工作。
   科技日报:现在中国的引力波探测处于什么样的发展状态?
    张承民:中国在贵州建设500米口径射电望远镜(FAST)方面,把引力波作为探测目标之一。也就是说,后来引力波这项计划就转变成为FAST的科学目标之一,它未来可以通过监测毫秒脉冲星的空间位置变化,检验引力波的直接证据。
     此前在上海建成的65米口径射电望远镜,以及现在正在新疆筹建的110米口径射电望远镜,都提出把脉冲星引力波监测作为其科学目标之一,但是它们的灵敏度和综合性能目前还达不到美国和澳大利亚射电望远镜的探测能力。在用射电望远镜探测引力波方面,美国、欧洲和澳大利亚目前是走在我们前面的。
    FAST项目建成之后我们有可能实现追赶并赶超,按照设计要求, FAST的灵敏度和精度会比国际上现有最好的射电望远镜高3到5倍,它未来可能会成为引力波探测与研究的利器。因此,在未来几年,我们可以耐心等待来自中国的发现。
     除此之外,中国加入了澳大利亚和南非正在建设的平方公里大型射电望远镜阵列(SKA)计划。SKA完成后将是世界上灵敏度最高的望远镜阵列,未来可能在探测引力波方面也会具有很高的权威性和说服力。
     科技日报:在探测引力波方面,我们的路径似乎和美国有所不同。
     
张承民:中国没有像美国一样建设一个激光干涉仪直接探测引力波设备,而是投入到射电望远镜当中,找到了射电天文学与引力波监测的结合点,因为这跟我们国家目前的科技人员队伍的知识结构比较匹配吻合。可以说中国的引力波探测研究一直在进行当中,只是选择的策略和科技发达国家不太一样。我们国家当时遵循了“有所为、有所不为”的科技策略,是符合国情的判断。
    但是这并不排除我们以后可能会建设小型的引力波激光干涉仪装置。现在我们的科技能力和科技队伍都有了一定的发展,再加上这次美国在引力波直接探测方面取得了重要成果,意味着原理上讲这种设备是可行的,所以中国未来也可能会考虑适当的引力波探测策略。
    科技日报:美国科学家探测到引力波的消息震动全球科学界,您认为它对中国涉及引力波探测的项目例如FAST和“天琴计划”会有何影响?
    张承民:美国科学家这次重大发现对中国在引力波的研究、探测以及相关科技设备研制、建设方面,可能会有比较好的推动作用。这个消息对FAST是极大的激励,因为未来我们在探测引力波时,可以朝LIGO所探测的波源方向靠拢,这样在探测上会有互相佐证的机会。“天琴计划”是中山大学发起的空间引力波探测计划,本次引力波发现事件对“天琴计划”也有很大的激励作用,至少从原理上确认了引力波存在的直接证据,这也说明“天琴计划”从科学原理上是可行的。美国科学家在获得引力波直接证据上取得了前所未有的科技结果,这对“天琴计划”在进行设备和方法论证时会起到一定的参考作用。对我国的引力波探测计划,我持积极乐观的看法。

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