引力波终于被捕获
2015年9月14日，百年前曾被阿尔伯特·爱因斯坦所预言的宇宙引力波第一次被探测到了。这些引力波来自两个黑洞的相撞，它们经过13亿年的长途跋涉才到达了美国的LIGO探测器。
引力波信号到达地球时已极其微弱，但足以有希望掀起一场天体物理学的革命。引力波是人类观测宇宙中最剧烈事件（黑洞融合）的全新方法，也是检验人类知识极限的新途径。
LIGO 汉福德台址鸟瞰（图片来源：LIGO Laboratory 摄影：Corey Gray）
由两个激光干涉仪组成的LIGO（激光干涉引力波天文台），是一个由来自超过20个国家、千余名研究者共同协作的项目。他们共同实现了近50年前的一个构想。2017年的三位诺贝尔奖得主以其热情与决心，各自对LIGO的成功做出了无价贡献。先驱者雷纳·韦斯（Rainer Weiss） 和吉普·索恩（ Kip S. Thorne）, 以及巴里·巴瑞希（Barry C. Barish），作为带领这一项目走向完成的科学家与领导者，使四十多年来的努力最终实现了引力波的成功观测。
20世纪70年代中期，雷纳·韦斯已经分析出了有可能会干扰测量的那些背景噪声的可能来源，并且还设计了一种基于激光干涉仪的检测器，可以克服这种噪音。从一开始，吉普·索恩和雷纳·韦斯都坚信，引力波可以被检测出来，并带来一场我们对宇宙认识的革命。
如何捕捉引力波。人类捕捉到的第一个引力波信号，来自13亿光年之外的两个巨大黑洞的剧烈合并。当这束引力波经过13亿年的漫长旅行，穿过地球的时候，已经发生了明显的衰弱：LIGO探测器探测到的时空扰动，比一个原子核的大小还要小上千倍。
正如爱因斯坦在他的广义相对论中描述的那样，引力波以光速传播，并且在宇宙中无处不在。它们总是来自于有质量物体的加速过程，例如一个滑冰选手做足尖旋转运动或当两个黑洞绕着彼此旋转的过程。爱因斯坦曾确信引力波永远不可能被测量出来。LIGO的科研项目的成就是用一对巨大的激光干涉仪测量到了当引力波穿过地球时所引起变化，这个变化只有原子核的大小的千分之一。
两个黑洞在数千万年间相互绕转，不断地释放出引力波。它们之间的距离越来越近，最终在短短零点几秒的时间里猛烈碰撞，融合在一起，形成一个新的黑洞。融合瞬间释放的能量增强了引力波。13亿年后，我们在地球上听到的，就像是宇宙的啁啾信号在一瞬间的增强之后，戛然而止。
到目前为止，各种各样的电磁辐射和粒子——例如宇宙射线或中微子——都已经被用来探索宇宙。然而，引力波直接证明了时空自身的扰动。这是完全崭新而且不同的东西，打开了以往无法看到的世界。大量的新发现都在等待着那些成功捕捉到这些波并且解读其中信息的人们。
|
