科学家宣布发现引力波 爱因斯坦预言获证

　　2010年12月24日，激光干涉引力波天文台技术人员正在工作。当地时间2016年2月11日，美国华盛顿，美国科研人员11日宣布，他们利用激光干涉引力波天文台(LIGO)于去年9月首次探测到引力波。

2016年2月8日消息，激光干涉引力波天文台实验室探测地点。

　　“引力波是一种时空涟漪，如同石头被丢进水里产生的波纹。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。”

　　美国科学家11日宣布第一次直接探测到引力波的存在。引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”，它的发现是物理学界里程碑式的重大成果。

　　来自加州理工学院的赖茨把寻找引力波比作科学上的登月项目。“我们做到了，我们登上了这个‘月球’，”他兴奋地重复道。参与记者会的还有麻省理工学院的研究人员及资助研究的美国国家科学基金会人员。

　　爱因斯坦又对了

　　“女士们、先生们，我们已经探测到引力波，我们找到它了。”美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)科研人员当天在华盛顿举行的记者会上宣布。100年前，爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实，唯有引力波一直徘徊在科学家的“视线”之外。

　　在将于《物理学评论通讯》杂志发表的新研究中，科学家探测到的是由黑洞合并产生的一个时间极短的引力波信号，持续不到1秒。它经过13亿年的漫长旅行，于2015年9月14日抵达地球，被刚改造升级的LIGO的两个探测器以7毫秒的时间差先后捕捉到。

　　据研究人员估计，两个黑洞合并前的质量分别相当于36个和29个太阳质量，合并后的总质量是62个太阳质量，3个太阳质量的能量以引力波的形式在不到1秒的时间内释放，释放的峰值能量比整个可见宇宙释放的能量还要高出约50倍。

　　发现引力波

　　如同发明望远镜

　　美国亚利桑那州立大学物理学家劳伦斯·克劳斯告诉记者，发现引力波开启了观测宇宙的一个新窗口，就像望远镜的发明或太空无线电波的发现一样。

　　引力波天文学将成为21世纪的天文学。不仅如此，它可能还揭示了有关引力、黑洞及基本物理问题的性质的重要信息。

　　南非夸祖鲁·纳塔尔大学的引力波研究专家马寅哲说，天文学的发现几百年以来主要靠电磁光谱的测量，射电、光学、红外、X射线等天文观测手段均是在收集光，靠“看”观测宇宙。引力波的发现则将从“听”这一完全不同的角度进行天文观测，引力波天文学这一学科的大门彻底被打开。引力波将成为检验爱因斯坦相对论、探测黑洞质量、测量宇宙距离等基本问题的新窗口。

　　探测引力波：“不可能完成的任务”

　　在一片嘈杂的背景噪音中，一声“噗”的清脆声响，如水滴落水，持续时间短暂得不到1秒，这正是由引力波转化成的宇宙之声。当天在华盛顿召开的记者会上，美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)科学家现场播放了来自宇宙的“声音”。

　　让我们能够“听见”宇宙

　　这个声音源自于13亿年前一个双黑洞系统的合并。正如LIGO项目组发言人、路易斯安那州立大学物理学家加布里埃拉·冈萨雷斯所言，那时“多细胞生物才开始在地球上扩散”。合并所产生的引力波信号，经过13亿年的漫长旅行，于2015年9月14日抵达地球，被LIGO的两个探测器以7毫秒的时间差先后捕捉到。

　　“我们能够‘听见’引力波，我们能够‘听见’宇宙，这是引力波最美妙的事件之一。我们将不仅‘看见’宇宙，我们还将‘倾听’它。”她在记者会上介绍。

　　百年来，科学家们对引力波的探测未曾停歇，但举步维艰。直至上世纪70年代，曾有美国科学家在观测双星系统的过程中，发现引力波存在的间接证据，并因此获得1993年诺贝尔物理学奖。

　　100年来，也不断有实验声称直接探测到了引力波，并造成过轰动效果，其中包括20世纪60年代的韦伯实验，以及2014年的BICEP实验，但后来都被证明是乌龙。

　　引力波为何难以捕捉？

　　引力波信号是不是好得过头？

　　引力波是非常弱的一种信号，弱到连爱因斯坦本人都曾怀疑能否建造足够灵敏的探测器，探测引力波很长一段时间内被视为“不可能完成的任务”。

　　20世纪90年代起，大型激光干涉仪引力波探测器开始在全球范围内兴建，真正拉开了引力波探测黄金时代的序幕。

　　LIGO拥有巨大的L形测量臂，每边各有4千米长，两端设有反射镜面。发出的一束激光沿着L形互相垂直的两边前进并被来回反射。

　　一般情况下，激光由于干涉而互相抵消，探测器接收不到光信号，但一旦引力波经过，便会改变激光通过的距离，从而被观测到。探测引力波需要探测器具有极高的灵敏度，还需区分开来引力波信号和环境或仪器噪声。

　　2015年9月14日北京时间17时50分45秒，位于利文斯顿与汉福德的两台探测器同时观测到了后来被命名为GW150914的引力波信号。科学家们通过进一步的数据分析还证实了这是两个黑洞合并的事件。

　　LIGO项目共同创始人、麻省理工学院教授赖纳·韦斯说：“如果我们能够把这一消息告诉给爱因斯坦，那么他的表情一定会很好玩。”

　　在当天的记者会上，也有人问所探测到的引力波信号是不是好得过头了？LIGO项目科学家的回答是，他们花了几个月的时间进行验证，这也是为什么去年9月探测到引力波信号，却拖到今天才宣布。这些科学家还相信，随着探测器灵敏度的提高，今年应该会探测到更多引力波信号。

　　未完成的交响曲——

　　引力波可不是声音

　　美国科学家11日宣布探测到的引力波，曾被科普作家马西娅·巴图西亚克比作爱因斯坦“未完成的交响曲”，正因其蕴含太多未知。引力波是一种声音吗？那么费劲探测爱因斯坦一百年前预言的引力波，到底为什么？这项研究与中国的引力波探测工程“天琴计划”有何异同？

　　疑问一：引力波是一种声音或乐器？

　　科学家认为，探测微弱的引力波，如同在一个喧闹的聚会上辨别一首歌。人类探测到引力波，正如一个失聪的人突然获得听觉，从此获得感知世界的全新方式。

　　但是，引力波是一种“声音”吗？宇宙以光的形式向人类传递了太多信息，如今引力波在时空中向我们传递着类似声音般的新信息。加州理工学院物理系教授艾伦·魏因施泰说：“这正如在时间和空间中演奏的乐曲，是由黑洞用力拨动的吉他琴弦。这只是交响乐的开始，而非结束。”

　　“我们愿意把它称为一种声音，但引力波并不是声音，”魏因施泰解释说，声音以音速在空气中传播，而引力波则是以光速传播，可以在真空中传播。两者都是一种震动，但引力波是一种全新的震动方式。LIGO天文台将探测器连接到扩音器，从而“听到”引力波的声音。

　　疑问二：当引力波向你袭来会怎样？

　　加州理工学院物理学教授陈雁北陈雁北教授说，引力波携带的能量很大，但实际对物质产生的作用却十分微弱，这也是探测它很困难的原因。如果把引力波在地面附近的能量流单位时间和面积算一算，就会发现它不能挪动电荷，所以作用很微弱。

　　“如果把时空类比为弹簧，那么一定是一个很硬很硬的弹簧，用很大的能量才能压动一点点。”陈雁北说。

　　如果某人站在引力波波源附近，而引力波向此人正面袭来，从理论上说人会变得矮胖，再抻长，再变矮胖……如此反复，但实际上在地面是很难探测到引力波的。

　　疑问三：引力波能让科幻成真吗？

　　能否借助引力波实现星际航行、时空穿越或者星际通信呢？

　　陈雁北教授说，引力波非常微弱，因此很难发射可以被接收和探测的引力波。从理论上讲，有可能向一个正在合并的双黑洞发射一个叠加的引力波，可望产生一种引力波放大效果，但实际上不太可能实现。此外，由于引力波本身造成的时空弯曲是很小的，所以借助引力波“穿越时空、回到过往”并不现实。

　　加州理工学院物理系教授魏因施泰说，引力波离应用阶段还很远。现在谈“借助引力波时空旅行”之类的科幻设想还为时太早，利用引力波的宇宙通信也只是一种微弱的可能。