科學家發現引力波獲諾獎 告訴你為何「眾望所歸」
10月3日，瑞典皇家科學院將諾貝爾物理學獎頒給了激光干涉引力波天文台(LIGO)團隊的核心成員雷納·韋斯(Rainer Weiss)、巴里·巴里什(Barry Clark Barish)和基普·索恩(Kip Stephen Thorne)，以表彰他們在LIGO探測器和引力波觀測方面的決定性貢獻，其中，韋斯獲得一半獎金(450萬瑞典克朗)，巴里什和索恩分享另外一半。
引力波是啥，LIGO如何探測它?
眾所周知，引力波是愛因斯坦廣義相對論的最後一塊未解之謎。在百年前，愛因斯坦就預言了引力波的存在，但科學界長期沒能探測到它。
直到2016年2月11日， 「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直接探測到引力波，證實了百年前愛因斯坦的預測。
此後，LIGO又相繼在2015年12月26日，2017年1月4日，2017年8月14日，先後三次探測到黑洞併合產生的引力波。最近的一次探測，還是由LIGO 與位於義大利的 Virgo 天文台共同發現並確認的。
那引力波到底是什麼?簡而言之，引力波就是時空中的漣漪。如果把時空想像成一張巨大的橡膠膜，有質量的物質會讓橡膠膜彎曲，就好比在蹦床上扔了個保齡球。質量越大，時空被引力扭曲的越厲害。
引力波存在且無處不在，宇宙中的突變性事件，如超新星爆發、黑洞合併、大型天體相撞這些過程，都會產生引力波。事實上，地球之所以繞著太陽轉，是因為太陽質量非常大，導致太陽周圍的時空大大扭曲。地球沿著這樣的扭曲走直線，結果實際上是在繞圈。
LIGO如何探測到引力波?原來，LIGO 是由兩個相距 3000 公里且完全相同的探測器組成。每個探測器包含兩個長度為 4 公里、布置成 L 形的真空管。科學家們通過真空管來發射激光束。每束激光到達真空管末端後，會被鏡面反射，並沿相反路線返回。
在同等的條件下，兩束激光應該在完全相同的時間抵達源頭，由於干涉效應，光線不會抵達光電探測器。然而，如果有引力波穿過探測器，根據愛因斯坦 100 年前的預測，會使兩個真空管中的空間出現及其微小的拉伸與壓縮，從而破壞了原有的完美平衡，使光線外泄到光電探測器上。這種「失衡」雖然十分短暫，但已足夠讓科學家們從中發現引力波的蹤跡。
為何直接探測到引力波竟值一座諾獎?
「LIGO直接探測到引力波，驗證了愛因斯坦一百年前的理論預言，即廣義相對論的正確，這打開了認識宇宙的新窗口」，中科院高能物理所研究員、阿里原初引力波探測計劃首席科學家張新民向記者解釋了為何探測到引力波值得榮膺諾獎，「宇宙的起源與演化，物質基本結構是基礎研究的兩個核心課題，引力波探測為這些問題的研究提供了探索新手段」。
中科院國家天文台研究員苟利軍在諾獎公布前，就在自己的微信朋友圈預測過引力波會獲諾獎，他說，之所以「眾望所歸」，是因為從物理科學本身的意義來講，引力波有助於幫助科學家檢驗相對論的理論邊界在哪裡。
在中科院高能物理所研究院張雙南看來，現代物理學建立的標誌是一百年前建立的相對論和量子力學。量子力學以及基於量子力學的粒子物理標準模型的相關研究斬獲諾貝爾物理學獎無數，但是與此形成鮮明對照的是，不但愛因斯坦沒有因為相對論而獲得諾貝爾物理學獎，後來對於豐富相對論而做出了很多貢獻的物理學家們也無人因此獲得過諾貝爾物理學獎。因此，2017年的諾貝爾物理學獎授予了LIGO實驗直接探測到並且發現了廣義相對論的最重要預言引力波，不但是眾望所歸，而且也是對百年現代物理學做了一個了斷。
諾獎為何授予這三人?
中山大學天文與空間科學研究院院長李淼用「史詩級」來評價LIGO探測引力波的過程和結果，在他看來，LIGO探測到引力波是整個物理學界努力數十年的結果，期間有不少悲喜劇。
作為LIGO的聯合創始人之一，羅納德·W.P·德雷福(Ronald W.P. Drever)事實上也是引力波探測領域的先驅，他對 LIGO 的實驗設計做出了重要貢獻。遺憾的是，今年 3 月，德雷福在愛丁堡辭世，享年 85 歲。
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。
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