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迈克耳孙干涉仪

指数 迈克耳孙干涉仪

迈克耳孙干涉仪(Michelson interferometer)是光学干涉仪中最常见的一种,其发明者是美国物理学家阿尔伯特·迈克耳孙。迈克耳孙干涉仪的原理是一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射回来,这两束光从而能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现,从而能够形成不同的干涉图样。迈克耳孙和爱德华·莫雷使用这种干涉仪于1887年进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验,证实了以太的不存在,启发了狭义相对论。.

19 关系: 室女座干涉儀干涉 (物理学)干涉測量術引力波探测器傅里葉轉換紅外光譜光学相干断层扫描猶太人諾貝爾獎得主列表物理学史相干长度相干性馬赫-曾德爾干涉儀诺贝尔物理学奖得主列表迈克耳孙-莫雷实验重力波 (相對論)速度加成式GW150914法布里-珀罗干涉仪激光干涉引力波天文台激光干涉空间天线

室女座干涉儀

室女座干涉儀(Virgo interferometer)是探測重力波的一個大型干涉儀,位於義大利比薩附近。室女座干涉儀是一個隔離外部干擾迈克耳孙干涉仪:它的反射鏡和儀器被懸掛,和激光束被在真空中運作。室女座干涉儀主要部分是兩個互相垂直的長臂,長度皆為3公里。 室女座干涉儀由五個國家实验室的科学合作组织所組成:法國和義大利、荷蘭、波蘭與匈牙利。其他類似的干涉儀包含雷射干涉重力波天文台(LIGO)。自2007年以來,雷射干涉重力波天文台和室女座干涉儀共享並共同分析偵測到的數據,並共同發表研究結果。這種合作是必要的:巨大的干涉探測器是不定向的(它們探測了整個天空),它們正在尋找哪些微弱的,很少發生的,並且埋沒于各種來源的儀器噪声的信號。因此,只有在多個儀器同時檢測的引力波才允許科學家聲稱得到一個發現,并且收集有關引力波信號的源的信息。 室女座干涉儀名稱來自室女座星系團,它大約包含1,500個星系,距離地球約5,000萬光年,是離地球最近的大型星系團,並且擁有雙星系統、中子星、黑洞、超新星等等有意思的可能波源,因此觀測到重力波的機會較高。 2016年初,室女座干涉儀逐漸升級,完成後將與雷射干涉重力波天文台共同合作。先進雷射干涉重力波天文台自2015年9月後就開始運作。 LIGO的執行董事David Reitze於2016年2月11日宣布於2015年9月首次觀測到GW150914重力波成果。.

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干涉 (物理学)

干涉(interference)在物理学中,指的是兩列或两列以上的波在空间中重疊時发生叠加,从而形成新波形的現象。 例如采用分束器将一束单色光束分成两束后,再让它们在空间中的某个区域内重叠,将会发现在重叠区域内的光强并不是均匀分布的:其明暗程度随其在空间中位置的不同而变化,最亮的地方超过了原先两束光的光强之和,而最暗的地方光强有可能为零,这种光强的重新分布被称作“干涉条纹”。在历史上,干涉现象及其相关实验是证明光的波动性的重要依据 ,但光的这种干涉性质直到十九世纪初才逐渐被人们发现,主要原因是相干光源的不易获得。 为了获得可以观测到可见光干涉的相干光源,人们发明制造了各种产生相干光的光学器件以及干涉仪,这些干涉仪在当时都具有非常高的测量精度:阿尔伯特·迈克耳孙就借助迈克耳孙干涉仪完成了著名的迈克耳孙-莫雷实验,得到了以太风观测的零结果。迈克耳孙也利用此干涉仪測得的精確長度,並因此獲得了1907年的諾貝爾物理學獎。而在二十世纪六十年代之后,激光这一高强度相干光源的发明使光学干涉测量技术得到了前所未有的广泛应用,在各种精密测量中都能见到激光干涉仪的身影。现在人们知道,两束电磁波的干涉是彼此振动的电场强度矢量叠加的结果,而由于光的波粒二象性,光的干涉也是光子自身的几率幅叠加的结果。.

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干涉測量術

干涉测量术(Interferometry)是通过由波的叠加(通常为电磁波)引起的干涉现象来获取信息的技术。这项技术对于天文学、光纤、工程计量、光学计量、海洋学、地震学、光谱学及其在化学中的应用、量子力学、核物理学、粒子物理学、 等离子体物理学、遥感、、表面轮廓分析、微流控、应力与应变的测量、测速以及验光等领域的研究都非常重要。 干涉仪广泛应用于科学研究和工业生产中对微小位移、折射率以及表面平整度的测量。在干涉仪中,从单个光源发出的光会分为两束,经不同,最终交汇产生干涉。所产生的干涉图纹能够反映两束光的光程差。在科学分析中,干涉仪用于测量长度以及光学元件的形状,精度能到纳米级。它们是现有精度最高的长度测量仪器。在傅里叶变换光谱学中,干涉仪用于分析包含与物质相互作用发生吸收或散射信息的光。由两个及以上的望远镜组成,它们的信号汇合在一起,结果的分辨率与直径为元件间最大间距的望远镜的相同。.

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引力波探测器

引力波探测器(Gravitational-wave observatory)是引力波天文学中用于探测引力波的装置。重力波是加速中的質量在時空中所產生的漣漪。阿爾伯特·愛因斯坦在1916年首次提出引力波的概念。通過探測重力波,可以對廣義相對論進行實驗驗證。常用的探測器有棒状探测器和激光干涉儀等,這些探測器的主要運作原理是測量重力波通過時對兩個相隔遙遠位置之間距離的影響。1960年代起,多個重力波探測器陸續被建造與啟用,並在探測器靈敏度上有不斷的進步。現今,這些探測器已具備探測銀河系以內與以外的重力波源的功能,是重力波天文學的主要探測工具。 有一些實驗已經給出引力波存在的間接證據,例如,赫爾斯-泰勒脈衝雙星的軌道衰減符合廣義相對論預測的因引力波發射而導致的能量減損。拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒因這項研究獲得了1993年諾貝爾物理學獎。 2016年,LIGO科學團隊與VIRGO團隊共同宣布,在2015年9月14日测量到在距离地球13亿光年处的两个黑洞合并所發射出的引力波信号。之後,又陸續探測到多次重力波事件。.

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傅里葉轉換紅外光譜

傅里葉轉換紅外光譜 (FTIR)是一種用來獲得固體, 液體或氣體的紅外线吸收光譜和放射光譜的技術。傅立葉轉換紅外光譜儀同時收集一個大範圍範圍內的光譜數據。這給予了在小範圍波長內測量強度的色散光譜儀一個顯著的優勢。FTIR已經能夠做出色散型紅外光譜,但使用的並不普遍(除了有時候在近紅外),開啟了紅外光譜新的應用。傅立葉轉換紅外光譜儀是源自於傅立葉轉換(一種數學過程),需要將原始數據轉換成實際的光譜。對於這種技術的其他運用,請參閱傅里葉轉換紅外光譜。.

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光学相干断层扫描

光学相干断层扫描(英文: Optical coherence tomography,简称OCT)是一种光学信号获取与处理的方式。它可以对光学散射介质如生物组织等进行扫描,获得的三维图像分辨率可以达到微米级。光学相干断层扫描技术利用了光的干涉原理,通常采用近红外光进行拍照。由于选取的光线波长较长,可以穿过扫描介质的一定深度。另一种类似的技术,共焦显微技术,穿过样品的深度不如光学相干断层扫描。 光学相干断层扫描使用的光源包括超辐射发光二极管与超短脉冲激光。根据光源性质的不同,这种扫描方式甚至可以达到亚微米级的分辨率,这时需要光源的频谱非常宽,波长的变化范围在100纳米左右。 光学相干断层扫描技术是光学断层扫描技术的一种。目前比较先进的一种光学相干断层扫描技术为频域光学相干断层扫描,这种扫描方式的信噪比较高,获得信号的速度也比较快。商用的光学相干断层扫描系统有多种应用,包括艺术品保存和诊断设备,尤其是在眼科中,这种断层扫描系统可以获取视网膜的细节图像。最近,这种技术也被用于心脏病学的研究,以对冠状动脉的疾病进行诊断 。.

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猶太人諾貝爾獎得主列表

諾貝爾獎(Nobelpriset,Nobelprisen),是一年頒發一次的國際獎項,其中文學、物理學、化學、生理學或醫學及和平等5個獎項於1901年首次頒發,經濟學獎則於1969年起頒發" (2007), in Encyclopædia Britannica, accessed 14 November 2007, from Encyclopædia Britannica Online: 。諾貝爾獎至今已頒給800多人,其中至少有20%是以色列或者以色列移民。 首位得到諾貝爾獎的猶太人或持有以色列国籍的是阿道夫·冯·拜尔,因成功分析出吲哚的結構而於1905年獲頒化學獎。2011年中,除了文學獎、和平獎及經濟學獎外,其他獎均有猶太人獲獎。其中,丹·谢赫特曼獲得化學獎,拉尔夫·斯坦曼及布鲁斯·博伊特勒獲生物或醫學獎,至於物理學獎則由索尔·珀尔马特、亚当·里斯連同非猶太人的布萊恩·施密特共同獲得。 一些猶太得主,如埃利·維瑟爾(1986年收到和平獎),凯尔泰斯·伊姆雷(2002年收到文學獎)是大屠殺的倖存者, Associated Press, January 16, 2006.

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物理学史

物理学主要是研究物质、能量及它們彼此之間的關係。它是最早形成的自然科学学科之一,如果把天文学包括在内则有可能是名副其实历史最悠久的自然科学。最早的物理学著作是古希腊科学家亚里士多德的《物理學》。形成物理学的元素主要来自对天文学、光学和力学的研究,而这些研究通过几何学的方法统合在一起形成了物理学。这些方法形成于古巴比伦和古希腊时期,当时的代表人物如数学家阿基米德和天文学家托勒密;随后这些学说被传入阿拉伯世界,并被当时的阿拉伯科学家海什木等人发展为更具有物理性和实验性的传统学说;最终这些学说传入了西欧,首先研究这些内容的学者代表人物是罗吉尔·培根。然而在当时的西方世界,哲学家们普遍认为这些学说在本质上是技术性的,从而一般没有察觉到它们所描述的内容反映着自然界中重要的哲学意义。而在古代中国和印度的科学史上,类似的研究数学的方法也在发展中。 在这一时代,包含着所谓“自然哲学”(即物理学)的哲学所集中研究的问题是,在基于亚里士多德学说的前提下试图对自然界中的现象发展出解释的手段(而不仅仅是描述性的)。根据亚里士多德的学说以及其后的经院哲学,物体运动是因为运动是物体的基本自然属性之一。天体的运动轨迹是正圆的,这是因为完美的圆轨道运动被认为是神圣的天球领域中的物体运动的内在属性。冲力理论作为惯性与动量概念的原始祖先,同样来自於这些哲学传统,并在中世纪时由当时的哲学家、伊本·西那、布里丹等人发展。而古代中国和印度的物理传统也是具有高度的哲学性的。.

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相干长度

在物理学中,相干长度表示的是相干波(例如电磁波)保持一定的进行传播的距离。当相互干涉的波的路径之间的差距小于相干长度时,干涉现象明显。波的干涉长度越长,越接近完美的正弦波。相干长度在全息摄影与通信工程领域是一个重要的概念。 本条目主要讨论的是经典电磁场中的相干现象。量子力学中波函数的量子相干长度是经典相干长度在数学意义上的类比概念。.

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相干性

在物理學裏,相干性(coherence)指的是,為了產生顯著的干涉現象,波所需具備的性質。更廣義地說,相干性描述波與自己、波與其它波之間對於某種內秉物理量的相關性質。 當兩個波彼此相互干涉時,因為相位的差異,會造成相长干涉或相消干涉。假若兩個正弦波的相位差為常數,則這兩個波的頻率必定相同,稱這兩個波「完全相干」。兩個「完全不相干」的波,例如白炽灯或太陽所發射出的光波,由於產生的干涉圖樣不穩定,無法被明顯地觀察到。在這兩種極端之間,存在著「部分相干」的波。 相干性又大致分類為時間相干性與空間相干性。時間相干性與波的頻寬有關;而空間相干性則與波源的有限尺寸有關。 波與波之間的的相干性可以用來量度。是波與波之間的干涉圖樣的輻照度對比,相干度可以從干涉可見度計算出來。.

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馬赫-曾德爾干涉儀

赫-曾德爾干涉儀(Mach–Zehnder interferometer)是一種干涉儀,可以用來觀測從單獨光源發射的光束分裂成兩道之後,經過不同路徑與介質所產生的相對相移變化。這儀器是因德国物理学者(恩斯特·马赫之子)和路德维·曾德尔而命名。曾德尔首先於1891年提出這構想,後來馬赫於1892年發表論文對這構想加以改良。 為了方便敘述,本文使用術語「馬曾干涉儀」來簡稱馬赫-曾德爾干涉儀。.

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诺贝尔物理学奖得主列表

诺贝尔物理学奖是诺贝尔奖的六个奖项之一,由瑞典皇家科学院每年颁发给在物理科学领域做出杰出贡献的科学家。 根据阿尔弗雷德·诺贝尔的遗愿,该奖由诺贝尔基金会管理,由瑞典皇家科学院选出5名成员组成一个委员会来评选出获奖者。 诺贝尔物理学奖於1901年第一次頒發,由德国的威廉·伦琴獲得。每个获奖者会得到一块奖牌,一份获奖证书,以及一笔不菲的奖金,奖金的数额每年会有变化。1901年,伦琴得到150,782瑞典克朗,相当于2007年12月的7,731,004瑞典克朗。2008年,三位获奖者(小林诚、益川敏英和南部阳一郎)分享了总额为1千万瑞典克朗的奖金(略多于100万欧元,或140万美元)。该奖每年于12月10日,即阿尔弗雷德·诺贝尔逝世周年纪念日,以隆重的仪式在斯德哥尔摩音乐厅颁发。 约翰·巴丁是唯一两次获得该奖的得主,他于1956年和1972年獲獎。威廉·劳伦斯·布拉格是至今最年轻的诺贝尔物理学奖奖得主,也是诺贝尔三项科学奖项中的最年轻得主,他在1915年获奖时仅有25岁。 至今共有两位女性获得过该奖,分别是玛丽·居里(1903年)和玛丽亚·格佩特-梅耶(1963年)。在六个诺贝尔奖项中,这是女性获奖人次第二少的奖项(只多於僅一位女性得主的諾貝爾經濟學獎)。 截至2016年10月,共有203人获得过该奖。诺贝尔物理学奖有6年因故停发(1916、1931、1934、1940至1942)。.

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迈克耳孙-莫雷实验

迈克耳孙-莫雷实验是为了验证“以太”存在与否而做的一个实验,1887年由阿尔伯特·迈克耳孙与爱德华·莫雷合作在美国的克利夫兰进行。.

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重力波 (相對論)

在廣義相對論裡,重力波是時空的漣漪。當投擲石頭到池塘裡時,會在池塘表面產生漣漪,從石頭入水的位置向外傳播。當帶質量物體呈加速度運動時,會在時空產生漣漪,從帶質量物體位置向外傳播,這時空的漣漪就是重力波。由於廣義相對論限制了引力相互作用的傳播速度為光速,因此會產生重力波的現象。相反地說,牛頓重力理論中的交互作用是以無限的速度傳播,所以在這一理論下並不存在重力波。 由於重力波與物質彼此之間的相互作用非常微弱,重力波很不容易被傳播途中的物質所改變,因此重力波是優良的信息載子,能夠從宇宙遙遠的那一端真實地傳遞寶貴信息過來給人們觀測。重力波天文學是觀測天文學的一門新興分支。重力波天文學利用重力波來對於劇烈天文事件所製成的重力波波源進行數據收集,例如,像白矮星、中子星與黑洞一類的星體所組成的聯星,另外,超新星與大爆炸也是劇烈天文事件所製成的重力波波源。原則而言,天文學者可以利用重力波觀測到超新星的核心,或者大爆炸的最初幾分之一秒,利用電磁波無法觀測到這些重要天文事件。 阿爾伯特·愛因斯坦根據廣義相對論於1916年預言了重力波的存在。1974年,拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒發現赫爾斯-泰勒脈衝雙星。這雙星系統在互相公轉時,由於不斷發射重力波而失去能量,因此逐漸相互靠近,這現象為重力波的存在提供了首個間接證據。科學家也利用重力波探測器來觀測重力波現象,如簡稱LIGO的激光干涉重力波天文台。2016年2月11日,LIGO科學團隊與處女座干涉儀團隊共同宣布,人类於2015年9月14日首次直接探测到重力波,其源自於双黑洞合併。之後,又陸續多次探測到重力波事件,特別是於2017年8月17日首次探測到源自於雙中子星合併的重力波事件GW170817。除了LIGO以外,另外還有幾所重力波天文台正在建造。2017年,萊納·魏斯、巴里·巴利許與基普·索恩因成功探測到重力波,而獲得諾貝爾物理學獎。.

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速度加成式

物理學中,速度加成式是將不同參考系下個別描述同一移動物體速度的關聯方程式。.

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GW150914

GW150914是由激光干涉引力波天文台(LIGO)于2015年9月14日探测到的引力波现象,是人类首次直接探测到的引力波。相关探测结果由LIGO、處女座干涉儀(VIRGO)研究团队于2016年2月11日共同宣布。这束产生于双黑洞的引力波信号与广义相对论中对双黑洞旋近、併合以及併合后的黑洞会发生衰荡(ringdown)的理论预测相符。同时GW150914也是人类对双黑洞併合的首度观测,展示了双黑洞系统确实存在,且其併合在宇宙的目前阶段仍能发生。 信號名稱GW150914的意義為「重力波2015年9月14日」,GW是重力波"Gravitational Wave",150914是發現日期。 对于引力波的实验探寻已经超过了50年。其与物质间的作用十分微弱,以致爱因斯坦本人都怀疑其是否能被探测到。此次探测到的引力波所造成的时空变化相对于LIGO探测器的一个干涉臂而言,相当于头发丝的宽度之于地球与太阳外最近恒星的距离。然而在併合最后阶段,等价于约3倍太阳质量的能量在不到1秒的时间内以引力波的形式释出,瞬时功率非常巨大,大于可观测宇宙中所有星体发光功率总和。 此次探测验证了广义相对论最后一项未被证实的理论预测,同时开启了引力波天文学的新纪元。引力波就此作为一种粒子和电磁波之外的新的探针,将被用于探测过去未能探测到的天体现象,如中子星的诞生、演化以及衰亡以及宇宙诞生之初的图景。.

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法布里-珀罗干涉仪

在光学中,法布里-佩罗干涉仪(英文:Fabry–Pérot interferometer)是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪,其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率。法布里-佩罗干涉仪也经常称作法布里-佩罗谐振腔,并且当两块玻璃板间用固定长度的空心间隔物来间隔固定时,它也被称作法布里-佩罗标准具或直接简称为标准具(来自法语étalon, 意为“测量规范”或“标准”),但这些术语在使用时并不严格区分。这一干涉仪的特性为,当入射光的频率满足其共振条件时,其透射频谱会出现很高的峰值,对应着很高的透射率。法布里-佩罗干涉仪这一名称来自法国物理学家夏尔·法布里和阿尔弗雷德·佩罗。 法布里-佩罗干涉仪的共振特性和二项色性滤镜所利用的共振特性是相同的。实质上,二项色性滤镜是由很薄的法布里-佩罗干涉仪组连续排列得到的,从而在设计上它们有着相同的数学处理方法。法布里-佩罗干涉仪还被广泛应用在通信、激光和光谱学领域,它主要用於精确测量和控制光的频率和波长。当代工艺已经能够制造出非常精密且可调谐的法布里-佩罗干涉仪。.

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激光干涉引力波天文台

光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,缩写:LIGO)是探测引力波的一个大规模物理实验和天文观测台,其在美國華盛頓州的汉福德與路易斯安那州的利文斯頓,分別建有激光干涉儀。利用兩個幾乎完全相同的干涉儀共同進行篩檢,可以大幅度減少誤判假引力波的可能性。干涉儀的靈敏度極高,即使臂長為4千米的干涉臂的長度發生任何變化小至質子的電荷直徑的萬分之一,都能夠被精確地察覺。 LIGO是由美国国家科学基金会(NSF)资助,由加州理工学院與麻省理工学院的物理学者基普·索恩、朗納·德瑞福與莱纳·魏斯領導創建的一个科學项目,兩個學院共同管理與營運LIGO的日常操作。在2002年至2010年之間,LIGO進行了多次探測實驗,蒐集到大量數據,但並未探測到引力波。為了提升探測器的靈敏度,LIGO於2010年停止運作,進行大幅度改良工程。2015年,LIGO重新正式探测引力波。負責组织参与该项目的人員,估計全球約有1000多个科学家參與探測引力波,另外,在2016年12月約有44萬名活跃的Einstein@Home用户。。 在2016年2月11日,和Virgo协作共同发表论文表示,在2015年9月14日检测到引力波信号,其源自於距离地球約13亿光年处的两个質量分別為36太阳质量與29太阳质量的黑洞併合。因為「對LIGO探測器及重力波探測的決定性貢獻」,索恩、魏斯和LIGO主任巴里·巴里什榮獲2017年諾貝爾物理學獎。.

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激光干涉空间天线

光干涉空间天线(Laser Interferometer Space Antenna,LISA)是一个由美国国家航空航天局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的引力波探测计划,由於募款問題,美国国家航空航天局於2011年宣布終止合作關係。欧洲空间局因此修改任務概念,於2013年宣布改名為演化激光干涉空间天线(Evolved Laser Interferometer Space Antenna,eLISA),目前仍在设计阶段,计划于2034年投入运行,这将是人类第一座太空中的引力波天文台。 LISA也是美国国家航空航天局的项目的一部分。“超越爱因斯坦”是一组实验上验证爱因斯坦广义相对论理论的计划,其中包含两个空间天文台(HTXS——X射线天文台和LISA)和数个以宇宙学相关观测为目的的探测器。LISA将利用激光干涉的方法精确测量信号相位,从而对于来自宇宙间遥远的引力波源的低频且微弱的引力波进行探测。这将对引力波天文学的理论和实验研究,广义相对论的一些实验观测以及早期宇宙的天体物理学和宇宙学研究有重要意义。.

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