捕捉時(shí)空漣漪，引力波使人類能夠聆聽黑洞乃至宇宙

2015年9月14日，這是一個(gè)載入人類科學(xué)史的大日子。這一天人類首次探測到了引力波。

就在一百年前，科學(xué)巨匠愛因斯坦提出了廣義相對論。這一理論的橫空出世，徹底改變了世界。它對時(shí)空的重新定義，是現(xiàn)代物理學(xué)的一大支柱。隨之而來的，就是各種各樣神奇的推論：光線會被大質(zhì)量的天體偏折，引力會讓時(shí)間變慢，引力紅移現(xiàn)象，宇宙中有看不見的天體黑洞等等。這些看似不可思議的預(yù)言在隨后的幾十年紛紛得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。

唯獨(dú)引力波難覓芳蹤，它甚至被譽(yù)為相對論缺失的最后一塊拼圖。

引力波，時(shí)空彎曲中的漣漪，通過波的形式從輻射源向外傳播，以引力輻射的形式傳輸能量。

簡而言之，它就像水波一樣。當(dāng)我們朝平靜的湖面扔一塊大石頭。在石頭入水的地方，會出現(xiàn)一圈圈的波紋慢慢向外擴(kuò)散。如果我們把湖面想象成時(shí)空之網(wǎng)，當(dāng)網(wǎng)受到大力沖擊時(shí)，就會出現(xiàn)向外擴(kuò)散的漣漪，這就是引力波。原理很好理解，可是要實(shí)實(shí)在在檢測到它，又是另外一回事了。

你，我在走路、跑步、打球時(shí)，都會產(chǎn)生引力波，但這十分的微小，根本檢測不到。只有宇宙中的大動(dòng)靜，才能產(chǎn)生足以讓人類檢測到的引力波，比如兩個(gè)大質(zhì)量黑洞的合并。

13億年前，一個(gè)29倍太陽質(zhì)量的黑洞和一個(gè)36倍太陽質(zhì)量的黑洞，相互圍繞，逐漸靠攏。最后，合并成了一個(gè)62倍太陽質(zhì)量的黑洞。這個(gè)新興的黑洞高速地旋轉(zhuǎn)著。在合并過程中，虧損了3個(gè)太陽的質(zhì)量，這部分質(zhì)量以強(qiáng)大的引力波形式釋放到宇宙中。

人類為了抓住這一次檢測到引力波的機(jī)會，一代代科學(xué)家為之不懈奮斗，追趕的腳步一刻也未敢停歇。

早在上世紀(jì)60年代，美國物理學(xué)家約瑟夫·韋伯就利用共振原理制成了他的引力波探測儀器——“韋伯棒”。這是一個(gè)直徑1米、長2米、約重1噸的圓筒。工作時(shí)，把它用鋼絲懸在安靜的地方，如果有引力波經(jīng)過，圓筒會發(fā)生共振，在圓筒內(nèi)安裝有靈敏的電壓感應(yīng)器，由此可以檢測出引力波。

1968年，韋伯宣稱他檢測到了引力波，但是當(dāng)學(xué)界再次對其進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，卻始終一無所獲。

時(shí)間來到了90年代，麻省理工學(xué)院與加州理工學(xué)院在美國科學(xué)基金會的資助下，開始聯(lián)合建設(shè)“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）。其原理就是，在儀器內(nèi)發(fā)射兩束激光，如果這兩束光走過的路程一樣長，那它們重逢時(shí)，出現(xiàn)的干涉條紋中間是明亮的。如果這兩束光走過的路程不一樣長，出現(xiàn)的干涉條紋中間會變暗。也就是說，把引力波經(jīng)過時(shí)所造成的長度變化，轉(zhuǎn)化為激光干涉結(jié)果的光線明暗變化。

在開始的幾年，LIGO沒有探測到引力波的信號。接下來的幾年仍一無所獲。但是LIGO團(tuán)隊(duì)沒有氣餒，一次一次地升級改造，不斷地加長探測臂，以提高靈敏度。

我們?nèi)祟愖龊昧艘磺袦?zhǔn)備。終于，在2015年9月14日，13億年前兩個(gè)黑洞合并所產(chǎn)生的引力波如約而至。

歷時(shí)百年，我們終于探測到了引力波。廣義相對論最后一塊拼圖終于找到了。

從此，人類有了一種全新的方式探索宇宙。

在以前，我們探索宇宙是用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，即最傳統(tǒng)的伽利略式望遠(yuǎn)鏡這就很容易受陰天、大霧、雷雨等不利氣象條件的影響。

時(shí)間來到了上世紀(jì)30年代，一種全新的觀測手段出現(xiàn)了——射電望遠(yuǎn)鏡。

射電望遠(yuǎn)鏡通過接收來自宇宙深處的電磁波，然后通過鏡面反射，同時(shí)到達(dá)公共焦點(diǎn)?！按箦伾w”或許是我們對射電望遠(yuǎn)鏡最深刻的印象吧。當(dāng)“大鍋蓋”收集到了信號后，通過線纜把數(shù)據(jù)傳送到后方控制室做進(jìn)一步記錄、處理，供后期研究。

引力波的成功探測，就類似射電望遠(yuǎn)鏡之于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的意義。我們可以用全新的觀測手段探索以前不曾觸及到的宇宙現(xiàn)象了。比如大質(zhì)量黑洞的合并，黑洞本身就是“看不見”的，要想觀察它們的合并非引力波莫屬。不止是對黑洞的探測，白矮星碰撞，中子星繞轉(zhuǎn)，超新星爆發(fā)，伽馬射線暴等。一切宇宙的大動(dòng)靜，我們都可以用引力波一窺究竟。而且引力波是時(shí)空本身的震蕩（漣漪），不需要傳播介質(zhì)。引力波還可以幾乎不受阻擋的穿過行進(jìn)途中的任何天體，這樣就可以攜帶更多的“原始數(shù)據(jù)”。

回望我們?nèi)祟愂褂蒙潆娡h(yuǎn)鏡后，那一個(gè)個(gè)驚人的大發(fā)現(xiàn)。引力波必將會解答人類更多的宇宙本源之謎。

話音剛落，捷報(bào)已至！

2015年12月26日，LIGO再次探測到了一個(gè)引力波信號。

2016年2月11日，LIGO和歐洲引力波探測團(tuán)隊(duì)Virgo合作，探測到雙黑洞合并的引力波信號。

2017年10月16日，全球天文學(xué)界聯(lián)合發(fā)布：人類首次直接探測到了由雙中子星合并產(chǎn)生的引力波及其伴隨的電磁信號，編號——GW170817。

這是人類首次使用引力波探測儀器和射電望遠(yuǎn)鏡一起觀測到同一天文奇觀。它們的觀測數(shù)據(jù)可以相互佐證、彌補(bǔ)不足。人類正式邁入多信使的天文新時(shí)代。

為此感到歡欣鼓舞的科學(xué)家，興奮地說到：“人類不但聽到了天體結(jié)合發(fā)出的美妙歌聲，而且也看到了它們相愛迸發(fā)的煙花！”

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