人類探索引力波，一路走來的偉大征程

激光干涉引力波天文台（LIGO）的科學家們2月11日宣布他們已經探測到了引力波：愛因斯坦在一個世紀前所預言的時空中的漣漪。由美國主導的LIGO座落於華盛頓州的漢福德和路易斯安那州的利文斯頓。《自然》以圖說形式來一起回顧一下探索物理學上最難以琢磨的目標的歷程。

1916年6月愛因斯坦預言蒼穹中的漣漪

在建立起廣義相對論（引力是大質量物體產生的周圍時空的扭曲）後，愛因斯坦開始思考質量震動時會發生什麼。一年後他發表了他的答案：時空會起漣漪，產生「引力波」並以光速傳播出去。他和其他物理學家立即展開辯論，這一被預言的波到底是真實存在，還是引入新數學而出現的人為概念。愛因斯坦自己也好幾次改變過觀點。

1969年6月有人宣稱探測到引力波

馬里蘭大學的物理學家約瑟夫·韋伯（如圖）相信引力波是真實存在的。1969年他宣布在他自己發明的探測器上發現了引力波，他的儀器是一個長2米直徑1米的鋁質圓筒，在受到引力波衝擊時會「鳴響」。沒有人能夠重複他的工作，所以除了韋伯自己，其他科學家逐漸都不承認他的工作。無論如何，他的工作把許多科學家吸引到引力波領域。

1974年中子星使得引力波的探測前進了一步

更加被廣泛認可的發現來自馬薩諸塞大學阿默斯特分校的約瑟夫·泰勒和他的研究生拉塞爾·赫爾斯。他們在1974年發現了被命名為PSR B1913+16的首例脈衝雙星（圖為藝術圖）。它有兩顆靠得很近的中子星互相圍繞運行，同時還向內做螺旋運動，完全符合愛因斯坦的理論——如果引力波帶走它們的能量的話。作為對引力波的間接觀測，這一發現讓赫爾斯和泰勒獲得了1993年諾貝爾物理學獎，他們的獲獎理由是：「發現了一種全新脈衝星，這一發現提供了新的研究引力的方法。」

1990年進入LIGO

當麻省理工大學和加州理工大學的科學家們提交建立巨型探測器採用激光干涉技術來尋找引力波的計劃時，許多科學家對此表示強烈反對。他們擔心這會導致其他研究經費被大幅削減，而更重要的是，這一研究恐怕最終會一無所獲。但是美國國家科學基金會（NSF）在1990年批准了修建LIGO的計劃，並在1992年選擇了放置兩座探測器的地址：華盛頓州的漢福德（如圖）和路易斯安那州的利文斯頓。1999年完成了工程建造，2001年開始收集數據。到2010年兩座探測器因為需要升級而被關閉時，一無所獲。

2014年3月宣稱發現原初引力波

2014年科學家們宣稱位於南極洲的BICEP2望遠鏡（見圖）發現引力波的另一種類型的證據，用BICEP2望遠鏡發現了B模偏振——這是一種極其細微的微波信號，科學家們相信這是來自於大爆炸所產生的「原初」引力波的。但後來發現他們錯了：信號是來自於我們銀河系中的星際塵粒。

2015年增強LIGO

大幅升級後的LIGO去年9月開始首次觀測，LIGO在升級後能夠搜索的空間範圍比以前大大提高了。2016年1月升級後的LIGO，即「增強LIGO」完成了首個運行時段。（圖：對位於利文斯頓探測器的檢查）

2016年2月LIGO宣布成功

2月11日華盛頓，在擠得水泄不通的新聞發布會上（圖：加布雷拉·岡薩雷斯、雷納·韋斯和基普·索恩），來自於LIGO團隊的科學家們宣布，他們首次直接探測到了引力波。

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