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美國科學家11日宣布，他們去年9月首次探測到重力波。這一發現印證了物理學大師愛因斯坦100年前的預言。宣布這一發現的，是鐳射干涉重力波天文臺（LIGO）的負責人。

這個機構誕生于上世紀90年代，進行重力波觀測已經有近30年。那幺觀測到的重力波資料的量應該很大，科學家如何對這些資料進行分析？有沒有用到Python程式設計語言？

答案是肯定的。筆者在Github上發現了一個專門用于分析重力波資料的Python套件：GWPY。據維護者介紹，GWPY的程式碼來自LIGO和另一個名叫Virgo的機構，維護者將這兩個機構科學家的Python程式碼整理，最終的產品就是GWPY這個使用者友好的Python套件。

在具體介紹GWPY之前，先給和筆者一樣不了解的人簡單科普一下重力波和LIGO的相關知識。

上圖是兩個黑洞所產生的重力波的3-D模擬圖（NASA）。

首先，什幺是重力波？在物理學上，重力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動，如同石頭丟進水里產生的波紋一樣，重力波被視為宇宙中的“時空漣漪”。

通常重力波的產生非常困難，地球圍繞太陽以每秒30千米的速度前進，發出的重力波功率僅為200瓦，還不如家用電飯煲功率大。宇宙中大品質天體的加速、碰撞和合併等事件才可以形成強大的重力波，但能產生這種較強重力波的波源距離地球都十分遙遠，傳播到地球時變得非常微弱。

下面分享兩個優秀的影片，很好地解釋了重力波及背后的原理。第一個來自LIGO，第二個則是比較通俗的漫畫式講解。

鐳射干涉重力波觀測站（ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）LIGO是加州理工學院（Caltech）和麻省理工學院（MIT）的合作實驗室，現在也有其他的大學參與。實驗資金來源于美國國家科學基金會。LIGO是用來尋找宇宙中的重力波，從而可以驗證黑洞的存在和檢驗廣義相對論。

LIGO主要有兩個觀測點，位于路易斯安那Livingston Parish的LIGO Livingston觀測點，和華盛頓 Hanford的LIGO Hanford觀測點。除此之外，在加州Passadena 的Caltech校園中還有LIGO 40m Prototype 。

影片：LIGO是如何探測重力波的？

接下來是本文的重頭戲。我們一起來學習如何GWPY分析重力波資料。下面的介紹及示例均來自GWPY的官方文件。

很簡單，pip install gwpy就可以完成安裝。

不過安裝的過程可能會比較長，因為gwpy使用的依賴套件比較多，套件括numpy、 scipy、 cycler、matplotlib、astropy等。

GWPY是一個物件導向程式設計的Python套件，也就是說，資料物件是這個套件的核心關注點。每一個資料物件都體現為一個類實例，套件含了其屬性和套件含的資料。

如果想創建一個新的類實例，建議使用標準的構建器（constructor）。舉個例子，我們可以使用一個資料陣列，生成一個TimeSeries物件：

我們知道，將重力波探測器收集的資料視覺化，對于理解重力波的特性、研究重力波信號來說非常有説明。gwpy.plotter模組中提供了一些plot類，可以直觀地展示相應的資料類型。

文章: 2016-02-17 10:17:46-123.120.35.140

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