復旦教授點評諾獎：引力波是人類歷史上最重大的發現之一

【新民晚報·新民網】2017年諾貝爾物理學獎今天授予雷納·韋斯（Rainer Weiss）教授、巴里·巴里什（Barry Clark Barish）、基普·索恩（Kip Stephen Thorne）教授，因為他們構思和設計激光干涉儀引力波天文台 LIGO，對直接探測引力波做出傑出貢獻。復旦大學物理學系教授施郁接受記者採訪時表示，LIGO 探測到引力波是人類歷史上最重大的發現之一。這個發現的意義不僅在於直接驗證廣義相對論和引力波的存在，更重要的還在於開啟了對強引力、隨時間變化的引力以及黑洞的直接觀測，打開了認識宇宙的一個新窗口。

人類將能常常觀測到引力波

施郁說，在這之前，我們關於宇宙的信息來自宇宙中傳來的電磁波和高能粒子，而引力波帶來了主宰宇宙的引力的直接信息。以前關於黑洞的信息都是間接的，所以原來黑洞的存在並沒有被直接證實。現在LIGO 通過直接探測引力波證明了黑洞的存在及其一些性質，比如面積不減，以及更細節的性質。施郁認為，引力波的觀測將會更加常態化，引力波天文學將會發展起來，其他引力波源，比如中子星併合、超新星爆發等等也應該會被觀測到。 LIGO 的成功同時也是精密測量的偉大勝利，也將進一步推動量子測量方面的研究。LIGO 的成功還給大科學的運作提供了經驗。

三位新諾獎得主剛獲得「復旦—中植獎」

值得一提的是，9月21日，第二屆「復旦—中植科學獎」揭曉獲獎名單。本屆「中植獎」竟與諾貝爾物理學獎不謀而合，同樣是這三位科學家因在引力波領域做出突出貢獻而獲獎。

在「中植獎」的表述中，雷納·韋斯、基普·索恩和巴里?巴里什在引力波上的貢獻各不相同。

雷納·韋斯發明的激光干涉引力波探測器是LIGO裝置的基礎。他首次分析了探測器的主要雜訊來源，並領導了LIGO儀器科學的研究，最終使LIGO達到了足夠的靈敏度。基普·索恩奠定了引力波探測的理論基礎，他開創了引力波波形計算以及數據分析的研究方向，並對LIGO儀器科學做出了重要貢獻，特別是提出了量子計量學理論的一系列基本概念。巴里·巴里什領導了LIGO建設及初期運行，建立了LIGO國際科學合作，他把LIGO從幾個研究小組從事的小科學成功地轉化成了涉及眾多成員並且依賴大規模設備的大科學，最終使引力波探測成為可能。2016年2月，美國加州理工學院、麻省理工學院以及「激光干涉引力波天文台（LIGO）」的研究人員宣布，他們在2015年9月14日探測到來自於兩個黑洞合併的引力波信號。這是人類歷史上第一次探測到引力波，證實了百年前愛因斯坦的預測。

引力波其實離我們並不遠

那麼，究竟何為引力波？施郁教授又對這一人類重大發現做了一個科普。差不多一百年前，愛因斯坦提出了廣義相對論，指出時空不是絕對的，即時空的幾何並不像狹義相對論那樣是既定的。他認為一維時間和三維空間是一個整體，整個世界是一個四維時空。三維空間本身有彈性，它會和一維時間一起彎曲和振動。這一振動將在整個空間激發出一種類似於水面上漣漪的波動，這就是引力波。但一直以來，引力波只是聽說過，卻從未被人類直接探測到。

「也許引力波太細微了，幾乎探測不到。所以，三位科學家設計的LIGO是最靈敏的探測器。」施郁說，「一次13億光年外的黑洞融合，讓LIGO捕捉到了引力波，證實了愛因斯坦約100年前的理論，它開啟了物理學、天文學、乃至宇宙學的新篇章。」

引力波與我們普通人的生活有多遠？引力波被證實，意味著人類對自然界的認識達到一個新的高度，人類社會的技術可能會再一次被改變。100多年前人類發現了電磁波，後來我們擁有了微波爐、手機信號、WiFi和GPS定位系統。現在我們發現了引力波，這是唯一可以在高維時空中傳遞的波，它的穿透力超強，在宇宙中不會因星際塵埃的影響而削弱。因此，從理論上講，科幻小說里描述的人類與外星生物間的星際通訊原則上有希望成為現實。如果廣義相對論時空彎曲的某些效應得到實現的話，人類利用它們進行星際遠航也不無可能。此外，在傳統的天文學裡，我們用光學、紅外、紫外、X射線、伽馬射線、射電波段這些電磁窗口觀察宇宙，如今，一個全新的天文學領域正逐漸出現，那就是引力波天文學。我們觀察宇宙除使用天文望遠鏡外，還可以採用引力波探測器。

現今，引力波已經進入諸多科幻小說和科幻大片中。2015年榮獲雨果獎的科幻小說《三體》中，羅輯從三體人那裡「敲詐」來一大神器——引力波天線，暫時拯救了幾乎快要被滅族的人類。電影《星際穿越》中，主人公庫珀甚至通過引力波穿越時間和空間給女兒傳遞信息。有意思的是，本屆諾貝爾物理學獎獲獎者之一的基普·索恩正是《星際穿越》的顧問，他與大導演諾蘭共同創造出了恢弘的黑洞場景。

中國科學家也在探尋引力波

目前，在引力波領域，還剩下一件非常重要的事情，就是原初引力波的探測。在祝賀同行和前輩的同時，中國科學家正為此做出努力。原初引力波，是宇宙大爆炸回蕩於今的引力效應，它的頻率是最低的，也是最難測的。據了解，中國探測引力波大致分三個領域，一是利用衛星在外太空探測引力波，包括之前提出的「天琴」和「太極」計劃；二是在西藏阿里探測原初引力波的「阿里」計劃；三是利用「天眼」FAST探測脈衝星。中國正爭取在這些方向上先出成果。（新民晚報記者 張炯強）

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