愛因斯坦預(yù)言的引力波，為何百年后才被探測到？

考古學(xué)家的夢想是記錄下李白吟誦的聲音，古生物學(xué)家的夢想是記錄下恐龍吼叫的聲音，他們的夢都太難了，只有天文學(xué)家是幸運(yùn)的，他們“聽”到了億萬年前，超大星體乃至早期宇宙活動的“聲音”——納赫茲引力波。

引力波是空間本身的波動。我們的世界有兩部分，一部分是物質(zhì)，一部分是物質(zhì)所在的空間（包含時(shí)間，物理學(xué)家也叫它“時(shí)空”）。

空間看似是很穩(wěn)定的，你拿出尺子，不論身在北京或者紐約，無論往左右，還是前后、上下看去，一米就是那么長，沒有變化。

但相對論告訴我們，空間會發(fā)生“彎曲”。不但如此，愛因斯坦和數(shù)學(xué)家龐加萊還預(yù)言了，很多時(shí)候，空間的彎曲可以像波紋一樣彌散開去：整個(gè)宇宙空間就像湖水，星體（的某些）運(yùn)動則讓湖水上蕩漾開各式的波紋——引力波。

科學(xué)家記錄下引力波的圖形，把這個(gè)波形看做聲波播放出來，就“聽”到了宇宙的聲音。這可能是數(shù)億年乃至百億年前的，人類能想象的最古老的聲音。

引力波有不同的頻率。低頻引力波一般來自超大質(zhì)量黑洞的繞轉(zhuǎn)旋進(jìn)，甚至可能來自混沌早期宇宙，是人們探索超大質(zhì)量黑洞的奧秘，乃至研究早期宇宙活動的很珍貴的窗口。

探測空間的波動是一件很艱難的事情，因?yàn)檫@個(gè)波動太微弱了。愛因斯坦一百年前預(yù)言的引力波，直到2015年才被人類確切地探測到。

最初的方法，是用激光裝置擺出一個(gè)“陣”，其作用是一把測量空間長度的“尺子”。如果這個(gè)尺子突然變長或者縮短了，就說明有空間彎曲的波紋掠過，也就探測到了引力波。

不同大小的尺子，可以找到不同波長的引力波。尺子越大，找到的引力波的波長就越長，其頻率也就越低，越有可能給出超大質(zhì)量黑洞繞轉(zhuǎn)旋進(jìn)的信息，以及早期宇宙遺落的線索。

人類第一把探測引力波的尺子有幾公里的長度，它找到了幾十到幾百赫茲的空間波動。

在地面上很難做的更大了，于是科學(xué)家在太空造尺。包括我國的“天琴計(jì)劃”在內(nèi)，多個(gè)課題組依靠衛(wèi)星，在空曠的地外空間組建巨大的激光尺子，測量更大尺度的空間波動。他們找到了頻率為幾赫茲的引力波。

這已經(jīng)很了不起了，但人類的探索沒有盡頭，幾百赫茲不夠，幾赫茲不夠，要納赫茲（十億分之一赫茲）。

怎么把尺子做到更大？要尋找納赫茲頻率的引力波，除非把整個(gè)宇宙作為實(shí)驗(yàn)室，用星系間距那么長的尺子來探測？——這可能嗎？

不但可能，已經(jīng)做到了。

科學(xué)家直接用宇宙中的脈沖星當(dāng)做自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，做出了宇宙級的無比巨大的“尺子”。

脈沖星是一種特殊的天體，它一直發(fā)射高能射線，同時(shí)也在穩(wěn)定而高速地旋轉(zhuǎn)，就像一個(gè)人拿著高亮度手電筒，在黑暗的宇宙中一下一下不停轉(zhuǎn)圈，如果他的手電筒可以掃過地球，人類就會觀測到一下一下的“手電筒”信號，其時(shí)間間隔非常穩(wěn)定。

那么，如果這個(gè)穩(wěn)定的“手電筒”信號，突然縮短或者延遲了，說明什么呢——很可能，是這中間傳播的空間發(fā)生了扭曲，換句話說，可能有引力波掃過這個(gè)區(qū)域。如果同時(shí)觀測多個(gè)脈沖星，引力波掃過的信號就會更明顯，也更確切。

科學(xué)家把至今掌握的很多脈沖星看做一個(gè)“陣列”，通過觀察這個(gè)陣列中哪些脈沖星信號，在何時(shí)出現(xiàn)怎樣的變動，反推引力波的信息。這個(gè)布置在宇宙中的陣列，更學(xué)術(shù)地叫做脈沖星計(jì)時(shí)陣列（PTA）。中國團(tuán)隊(duì)與而中國的相關(guān)項(xiàng)目，就是標(biāo)題中的CPTA。

最近，中國用位于貴州大山中的巨大射電望遠(yuǎn)鏡（“中國天眼”FAST），觀測57顆毫秒周期的脈沖星陣列，在很高的精度下（約為五十萬分之一誤報(bào)率），得到了納赫茲級別的引力波存在證據(jù)。

這樣低頻的引力波，其波長有好幾光年，頻率有數(shù)年之久，對空間的扭曲大小卻微乎其微，而中國的團(tuán)隊(duì)做到了杰出的精度，這是我們的科學(xué)家用宇宙級尺度的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，長久地細(xì)細(xì)打磨出的成果。

初探納赫茲引力波，還不能說我們捕捉到的信號對應(yīng)著某一個(gè)天文事件，它更像是整個(gè)宇宙在納赫茲頻率下蕩漾的背景；就像湖水在風(fēng)波、魚紋、雨點(diǎn)之外，其整體還在緩緩波蕩沉浮。這些信號，是數(shù)十?dāng)?shù)百億年的時(shí)間里，那些雄踞一方的超大質(zhì)量黑洞乃至宇宙本身，在浩瀚的空間描繪了巨大的、淺淺的花紋；就像中國的詩人曾經(jīng)寫下：

“當(dāng)筆畫出地平線

你被東方之鑼驚醒

回聲中綻放的是

時(shí)間的玫瑰”。