實至名歸！引力波探測獲得2017年諾貝爾物理學獎

2017 年 10 月 3 日北京時間 17 點 45 分許，美國物理學家雷納·韋斯（Rainer Weiss）、基普·索恩（Kip Thorne）和巴里·巴里什（Barry Barish），因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，榮獲2017年諾貝爾物理學獎。

那麼，他們的研究有何作用？直接探測到引力波為何如此重要？請聽中科院國家天文台研究員苟利軍教授講解。

2017年諾貝爾物理學獎得主：雷納·韋斯（Rainer Weiss）、基普·索恩（Kip Thorne）和巴里·巴里什（Barry Barish）

獲獎者簡介

雷納·韋斯（生於1932年9月29日）是美國理論物理學家、麻省理工學院物理學榮譽教授。在他的學術生涯中，最重要的成就是發展出激光干涉術來探測引力波。這項技術是激光干涉引力波天文台（LIGO）裝置的基礎。韋斯教授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，在人類歷史上第一次探測到了引力波。（就在幾天前，韋斯教授剛剛過完85歲生日。）

基普·索恩（生於1940年6月1日 ）是美國理論物理學家，2009年以前一直擔任加州理工學院費曼理論物理學教授。他奠定了引力波探測的理論基礎，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。值得一提的是，索恩教授在2009年辭去費曼教授職務後，開始追求寫作和電影事業。他的第一部電影就是和諾蘭合作的《星際穿越》，索恩教授擔任該片的科學顧問。索恩教授曾多次為《科學美國人》撰文，在《黑洞專刊》中，就有索恩等人撰寫的《把黑洞看成一張膜》。

索恩和《星際穿越》導演諾蘭

巴里·巴里什（生於1936年1月27日）是美國實驗物理學家，加州理工學院物理系林德教授。巴里什教授於1997年至2006年擔任 LIGO 項目主管，領導了LIGO建設及初期運行，建立了LIGO國際科學合作，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。

除了三位獲獎的科學家，還有一個名字不應被遺忘。英國物理學家羅納德·德雷弗教授於索恩、韋斯等人一同創立了LIGO項目，但他於今年3月不幸辭世，享年85歲。

LIGO於2015年9月14日首次直接探測到雙黑洞合併產生的引力波，證實了愛因斯坦100年前所做的預測，彌補了廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失的拼圖。迄今為止，LIGO已經確認了4個引力波信號。在《引力波探測史：從愛因斯坦到LIGO》一文中，法國科學家達米爾 · 布斯庫里克和路易克 · 維蘭為我們詳細講述了人類探測引力波的漫長歷史。

引力波的重大意義

文/苟利軍

很多的媒體之前作了預測，除去引力波之外，也提到了很多可能性——不過引力波卻是概率最大的。此次之所以能毫無懸念地獲獎，說明了引力波直接探測在物理學當中的重要性。如果留意一下去年年終各大媒體的科學進展總結中，引力波直接探測都是排名第一。而且引力波直接探測在去年幾乎是斬獲了除過諾獎之外的其它所有大獎。

那直接探測到引力波為什麼這麼重要呢？從物理科學本身的意義而言，引力波有助於幫助科學家們檢驗相對論的理論邊界在哪裡。往往一個理論失效的地方就是理論變革的機會。之前廣義相對論在弱場中已經得到了很多次的驗證，但是在強引力之下的驗證，之前卻從來沒有進行過。所以，由雙黑洞所產生的引力波的直接探測是廣義相對論在強引力環境下是否能夠成立的一個非常好的檢驗——結果確認廣義相對論是正確的。

另外，引力波以光速傳播，它與物質的相互作用非常非常的弱，所以引力波可以幾乎無阻擋地看到宇宙大爆炸之時的圖景，而這是無法利用我們熟知的電磁波來實現的。所以，引力波是我們了解宇宙最早期的最好工具。最後，引力波也給我們提供了了解宇宙的另外一個全新維度。可以說之前僅僅是看到宇宙圖景卻沒有聲音，而引力波給探測宇宙的方式上增添了一個聲音的維度，豐富了我們探索宇宙的方式。

第三，也是更為重要的一個點，它打開了一扇我們研究宇宙的新的窗口。我們目前研究宇宙的主要方式還是依靠於電磁波，就是利用各種類型的望遠鏡進行觀測，而那次變革是1609年義大利的伽利略首次將望遠鏡用於天文觀測而引發的。有人將引力波的直接探測所產生的影響與伽利略的望遠鏡指向天空的對於天文的影響相提並論，這完全是可以的。雖然LIGO和其它引力波探測器的探測能力還很有限，不過一旦這個引力波的世界被撬開了一道小的裂縫，讓我們看到了春天的種子，相信碩果累累的引力波豐收季節也不會太遠。

目前，美國和歐洲的引力波天文台正主導著引力波的觀測工作，隨著LIGO探測的推進，中國的引力波研究也隨之進入了一股前所未有的熱潮。在理論研究的同時，中國也在積極推動直接探測引力波的望遠鏡項目。目前，太極計劃和天琴計劃這兩個空間項目正在各自推進，將於地面探測原初引力波的阿里計劃已通過立項，正在建設之中。除此之外，中國還在研究如何利用剛剛建好的FAST和正在建設的平方公里陣（SKA），以脈衝星計時陣的方式探測宇宙天體所產生的引力波。引力波研究之路慢慢其修遠兮，還需要眾多科學家的一起努力。

責編：鍾狼將

Barry Barish：從愛因斯坦到引力波-

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