引力波：2017年諾貝爾物理學獎

眾望所歸。三位來自美國的引力波研究專家雷納·韋斯、基普·索恩以及巴里·巴里什榮膺2017年諾貝爾物理學獎的殊榮，比表彰 「他們對激光干涉引力波天文台（LIGO）和觀測引力波所做出的決定性貢獻」。

中山大學天文與空間科學研究院院長李淼教授在接受科技日報記者採訪時說：「這三位科學家獲獎幾乎沒有懸念。其實，去年他們獲獎的可能性就很大，而且，今年，LIGO又多了一位神助攻——歐洲處女座『（Virgo）』引力波探測器也首次觀測到了引力波，所以，他們獲獎可謂實至名歸。」

四次探測到引力波

引力波由黑洞等天體在碰撞過程中產生，可把它想像成石頭丟進水裡產生的波紋。100多年前，愛因斯坦的廣義相對論預言了引力波的存在，並將其稱為「時空的漣漪」，但直到2016年才首次獲得證實。

2016年2月12日，當很多中國民眾還沉浸在節日的歡愉中時，大洋彼岸傳來振奮人心的消息：激光干涉引力波天文台（LIGO）合作組宣布，他們於2015年9月14日探測到了引力波，它來自一個質量為太陽質量36倍的黑洞與一個質量為太陽質量9倍的黑洞的碰撞。這兩個黑洞碰撞後併合為一個62太陽質量的黑洞，失去的3太陽質量以引力波的形式釋放出來，被LIGO捕捉到。

隨後，2015年12月26日、2017年1月4日、2017年8月14日、LIGO又先後三次探測到黑洞併合產生的引力波，其中最後一次是位於美國華盛頓和路易斯安娜的LIGO引力波天文台以及位於義大利的Virgo引力波天文台，首次共同探測到引力波。處女座探測器位於義大利比薩，項目組由20個歐洲研究團隊的280多名物理學家和工程師組成。

9月28日，美國引力波項目資助方、美國國家科學基金會主席弗朗斯·科爾多瓦當時在一份聲明中說，相隔萬里的探測器首次共同探測到引力波，這對旨在破解宇宙奧秘的國際科學探索是一個「令人激動的里程碑」。

篳路藍縷 以啟山林

引力波以光速傳播，充滿整個宇宙，就像愛因斯坦在其廣義相對論中所描述的那樣。1916年，愛因斯坦提出了廣義相對論，他認為質量所引發的時空扭曲是引力出現的原因，而且任何有質量的物體加速運動都會對周圍的時空產生作用，這個作用就是以引力波的形式發生的。

之後的100年間，作為相對論中最核心的預言，引力波的探測被認為一項意義重大的物理學研究。但是要探測到引力波談何容易，它雖然在宇宙中無處不在，卻非常微弱，信號強烈的引力波只發生於超新星爆發、中子星與黑洞等天體相撞等極端暴烈的事件中。直到2015年9月14日，人類才第一次探測到引力波，檢測到的機構正是LIGO。

LIGO是一個聯合項目，來自20多個國家的1000多名科學家參與其中，這一項目團隊的發起人正是韋斯和索恩。儘管這一項目現在光鮮亮麗，但在實施過程中可謂波折重重。

20世紀60年代，馬里蘭大學的約瑟夫?韋伯宣布探測到引力波，引起了全球極大的興趣，激光專家韋斯受此啟發，開始尋找通過激光干涉的方法探測引力波的方法，並且與索恩一起最終提出了LIGO項目。

在上世紀70年代中葉，雷恩·韋斯已經分析了可能會干擾引力波測量結果的背景噪音的來源，並為此設計出了一款探測器——一台激光干涉儀，其可以克服這些噪音帶來的影響。

1984年，美國國家科學基金會成立由韋斯、索恩和羅納德·德雷弗三位科學家組成的指導小組，開展LIGO的可行性研究。據韋斯後來的回憶，當時不少天文學家非常反對這個項目，因為他們覺得這是有史以來最大的金錢浪費。1994年，LIGO好不容易收到NSF的3.95億美元的長期資助開始LIGO台站的建設。到2002年，LIGO開始進行引力波的搜索。

儘管愛因斯坦認為，我們不可能測量它們。但基普·索恩和雷恩·韋斯十分確信，引力波一定能被探測到，而且，它會徹底革新我們對宇宙的理解。LIGO項目的偉大成就在於，他們使用了一對龐大的激光干涉儀，來測量當引力波通過地球時，比原子核還要小數千倍的變化。

「若非一番寒徹骨，哪得梅花撲鼻香」，正是韋斯等人對科學以及引力波的熱情和殫精竭慮的努力，才讓這一項目順利進行，並最終探測到了引力波。

看待宇宙的全新視角

到目前為止，所有的電磁輻射和粒子，例如宇宙射線或者中微子，都已經被科學家們用來探索宇宙。然而，引力波是是一種對時空直接的「破壞」，是一種全新的方式，為我們打開了看待宇宙的新視角。

引力波信號到達地面時非常微弱，但對於天體物理學家們來說，發現其「芳蹤」是革命性的。引力波是「時空中的漣漪」，是宇宙中某些最激烈的事件產生的——例如恆星爆炸和黑洞碰撞等，因此，引力波可以成為一種全新的觀測手段，讓我們得以對太空中的這些激烈事件進行深入研究。

此外，中國科學院大學副校長吳岳良曾在接受媒體採訪時指出，引力波也為人類進一步探索宇宙的起源、形成和演化提供了一個全新的觀測手段，為深入研究超越愛因斯坦廣義相對論的量子引力理論提供了實驗基礎。

LIGO項目發言人、美國麻省理工學院的戴維·休梅克介紹說，技術升級將使LIGO探測器更加靈敏，在定於2018年秋季開展的下一次觀測中，「我們預計每周甚至能更頻繁地獲得這樣的探測結果」，捕捉更多引力波並且對其信息進行解釋將有望給我們帶來更多驚喜。

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