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科學月刊 2月號/2018 第578期-重力波 0250-331X

  • 重力波的議題可謂科學界近年來的矚目焦點之一,其劃時代的研究結果別具意義,完整了愛因斯坦提出廣義相對論以降的最後預言──時空漣漪,這也讓LIGO 團隊的魏斯(Rainer Weiss)等人於2017 年獲得諾貝爾物理獎的殊榮。然而讀者一定相當好奇,重力波到底意指何事?是什麼樣的發現,使這小到幾乎沒有存在感的信號變得如此重要?
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愛因斯坦的最後預言


重力波的議題可謂科學界近年來的矚目焦點之一,其劃時代的研究結果別具意義,完整了愛因斯坦提出廣義相對論以降的最後預言──時空漣漪,這也讓LIGO 團隊的魏斯(Rainer Weiss)等人於2017 年獲得諾貝爾物理獎的殊榮。然而讀者一定相當好奇,重力波到底意指何事?是什麼樣的發現,使這小到幾乎沒有存在感的信號變得如此重要?

首先我們來解析「雷射干涉儀重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)」這個名詞,其實就代表著重力波研究的3 個關鍵,分別是偵測重力波微弱訊號的「雷射干涉儀」、相對論或其他理論經計算預測的「重力波」訊號特徵(如頻率、波形),以及輻射重力波的「天文」物理機制。

重力波的偵測與研究過程其實關卡重重,若非相對論和數值計算的突破,研究團隊不可能從海量資料當中辨識出埋藏在雜訊底下的重力波信號,這艱鉅的工作透過《數值相對論簡史》的介紹,或許更適合飆網時代勇於接受大數據挑戰的有志青年,文中提及的開源程式碼(open source code)和相對論的數值研究可參考Simulating EXtreme Spacetimes(SXS, https://www.black-holes.org/)或The Einstein Toolkit(http://einsteintoolkit.org/)等網站說明。

而重力波偵測的精密技術將可能應用在與相對論無關的其它領域,如〈重力波偵測器的概念與技術〉一文的介紹重要的相關物理原理、〈就是那道光:找尋重力波的可見光源〉包含中央大學團隊觀測中子星碰撞事件的第一手報導,以及臺灣參與多元訊息天文學的未來計畫等。

另外,為饗對重力波特別感趣的讀者,本刊精選幾項國內研究人員參與其中的工作深入介紹,希望未來有志於從事相關工作的青年學子也能一窺全貌。目前國內相關研究,包含清華大學的反射鏡多層膜與熱雜訊研究與KAGRA(日本重力波干涉儀計畫),亦有臺師大、國網中心、成功大學與淡江大學合作的相對論數值計算模擬,當然也不乏中央大學與清華大學攜手打造的多元訊息天文學與電磁波觀測等。

透過全面性的解說,望能協助讀者勾勒出重力波更具體、更完整的樣貌。

(編輯部)
84 顯影

88 非關科學:「我認為(I think)」—達爾文與傳統的告別/許惇偉
89 非關科學:是誰躲在網路世界月亮的背面?暗網與洋蔥路由/郭家銘

90 News Focus:古木乃伊的DNA 分析 最終翻轉流行病歷史/詮釋味道的第六種可能—嚐嚐鈣的味道
91 News Focus:肥胖症與糖尿病的新興療法/鏡像神經元能預測人們在道德困境中的決定
92 News Focus:環境噪音影響雛鳥發育/氣候變遷影響海龜性別
93 News Focus:開創綠色革命新技術/酒精、DNA損害與癌症風險
 
94 評 論:詐騙未遂之冒牌出版商/林宮玄
96 評 論:探究箭毒蛙「死道友,不死貧道」的生物毒物特性/嚴宏洋

98  解 數:不一樣的模仿遊戲/魏澤人
102 理 物:量子電腦—量子科技時代的來臨/張為民
106 生 動:真正的救命仙丹—胰島素發明史/李明蒼
110 變 化:穿戴裝置的未來新能源—可撓式熱電晶片/游皓任
112 天 地:機器學習與天文學:無人大型巡天計畫/李見修

116 封面引言
118 封面故事一:就是那道光—找尋重力波的可見光源/饒兆聰
122 封面故事二:從愛因斯坦方程式到超級電腦黑洞模擬—數値相對論發展歷史/林俊鈺、游輝樟
128 封面故事三:探測宇宙科學原理—重力波偵測器的概念與技術史/金升光

138 科技新知:人工智慧與區塊鏈運算利器:處理器的種類與應用/曲建仲

144 精選文章一:解構自然,論證選擇—演化是否隨機發生?/許家偉
148 精選文章二:阿茲海默症的過去、現在與未來/陳佩燁

154 專 訪:前往萊頓的奇幻旅程—劉維民專訪/文詠萱

158 書 摘:《細胞》

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