深度學(xué)習(xí)在引力波探測(cè)中的應(yīng)用綜述①

胡敏超 付明磊

(浙江工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 杭州 310023)

0 引 言

引力波是一種時(shí)空漣漪，如同石頭被丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋。黑洞、中子星等天體在碰撞過(guò)程中有可能產(chǎn)生引力波。1916年，愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上，提出愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程。愛(ài)因斯坦認(rèn)為當(dāng)物質(zhì)和能量的分布發(fā)生變化時(shí)，時(shí)空結(jié)構(gòu)也將改變。而這種時(shí)空結(jié)構(gòu)的變化將以“波”的形式傳播，這就是他所預(yù)言的引力波。

但此后，引力波的探測(cè)陷入困境。直到2015年9月14日，激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)實(shí)現(xiàn)了人類歷史上第1次引力波的直接探測(cè)。隨后，引力波探測(cè)發(fā)展迅速。在2017年8月14日，美國(guó)LIGO和歐洲VIRGO 2個(gè)項(xiàng)目組在3個(gè)不同的引力波探測(cè)器幾乎同時(shí)探測(cè)到一個(gè)新的引力波事件。這是人類發(fā)現(xiàn)的第4個(gè)引力波事件。該事件由不同機(jī)器、不同項(xiàng)目組共同發(fā)現(xiàn)，使引力波的探測(cè)成果更加真實(shí)可信。2017年10月3日，Rainer Weiss等3人在發(fā)現(xiàn)引力波中做出重大貢獻(xiàn)而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。現(xiàn)今，探測(cè)出的引力波事件還在不斷增加。

1 使用深度濾波檢測(cè)引力波信號(hào)

傳統(tǒng)的引力波檢測(cè)方式為匹配濾波方法。匹配濾波方式在引力波信號(hào)提取的工作中已經(jīng)體現(xiàn)出其優(yōu)秀的工作性能。然而，匹配濾波也有其缺陷。首先，匹配濾波的計(jì)算量巨大，使得數(shù)據(jù)處理速度非常慢。此外，匹配濾波方法的工作前提是需要一個(gè)準(zhǔn)確的理論模板。這可能導(dǎo)致在理論預(yù)期之外的引力波信號(hào)無(wú)法被找到[1]。

為了促進(jìn)天文學(xué)的發(fā)展，加快引力波信號(hào)的檢測(cè)與研究，很多科學(xué)家進(jìn)行了研究與探討。……