璀璨

北京時(shí)間2016年2月11日23時(shí)40分左右，激光干涉引力波天文臺(tái)（以下簡稱LIGO）負(fù)責(zé)人、加州理工學(xué)院教授David Reitze宣布，人類首次發(fā)現(xiàn)了引力波。

就如同石頭被丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋，引力波是一種時(shí)空漣漪。如今，這種漣漪終于被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了。能發(fā)現(xiàn)引力波，說明人類深空探測(cè)技術(shù)已經(jīng)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，今后“傾聽”宇宙之聲將越來越輕松。相信人類會(huì)“聽”到或“看”到更多的宇宙故事。而引力波自身，據(jù)說蘊(yùn)含著宇宙誕生的巨量信息，并能夠證明各種預(yù)見性理論。

在一片嘈雜的背景噪音中，一聲“噗”的清脆聲響，如水滴落水，持續(xù)時(shí)間短暫得不到1秒鐘，這正是由引力波轉(zhuǎn)化成的宇宙之聲。2月11日在華盛頓召開的記者會(huì)上，美國LIGO科學(xué)家現(xiàn)場(chǎng)播放了來自宇宙的“聲音”，

這個(gè)聲音源自于13億年前一個(gè)雙黑洞系統(tǒng)的合并。正如LIGO項(xiàng)目組發(fā)言人、路易斯安那州立大學(xué)物理學(xué)家加布里埃拉，岡薩雷斯所言，那時(shí)“多細(xì)胞生物才開始在地球上擴(kuò)散”。合并所產(chǎn)生的引力波信號(hào)，經(jīng)過13億年的漫長旅行。于2015年9月14日抵達(dá)地球，被LIGO的兩個(gè)探測(cè)器以7毫秒的時(shí)間差先后捕捉到?！拔覀兡軌颉犚娨Σǎ覀兡軌颉犚娪钪?，這是引力波最美妙的事件之一。我們將不僅‘看見宇宙，還將‘傾聽它?！奔硬祭锇＠?，岡薩雷斯在記者會(huì)上介紹。

黑洞、中子星等天體在碰撞過程中有可能產(chǎn)生引力波。1915年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論，并在隨后幾年的一些論文中預(yù)言引力波會(huì)產(chǎn)生于強(qiáng)引力場(chǎng)的天體事件。廣義相對(duì)論的其他預(yù)言如光線的彎曲、水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)以及引力紅移效應(yīng)都已獲證實(shí)，唯有引力波一直徘徊在科學(xué)家的“視線”之外。

百年來，科學(xué)家們對(duì)引力波的探測(cè)未曾停歇，但舉步維艱。直至20世紀(jì)70年代。曾有美國科學(xué)家在觀測(cè)雙星系統(tǒng)的過程中，發(fā)現(xiàn)引力波存在的間接證據(jù)，并因此獲得1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。百年來，也不斷有實(shí)驗(yàn)聲稱直接探測(cè)到了引力波，并造成過轟動(dòng)效果，其中包括20世紀(jì)60年代的韋伯實(shí)驗(yàn)，以及2014年的BICEP實(shí)驗(yàn)，但后來都被證明是烏龍。

這么神奇的波，來頭不小。它到底有多重要？

先來認(rèn)識(shí)下引力。它無處不在，主導(dǎo)了宇宙和星系。引力是人類最早定量認(rèn)識(shí)的相互作用。牛頓發(fā)現(xiàn)引力后的幾百年，物理學(xué)進(jìn)展很快。

盡管牛頓的萬有引力定律有著幾乎完美的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但觀念上把時(shí)間和空間分開考慮。而1915年愛因斯坦提出的廣義相對(duì)論，進(jìn)一步研究了引力和“時(shí)空幾何”的關(guān)系，認(rèn)識(shí)到引力是一種非常特殊的相互作用。這革新了牛頓的引力觀念和時(shí)空觀念，

廣義相對(duì)論論證的一個(gè)重點(diǎn)就是，引力的本質(zhì)是時(shí)空幾何在物質(zhì)影響下的彎曲。電影《星際穿越》里，一個(gè)質(zhì)量超級(jí)巨大的星球，周圍的時(shí)空是會(huì)發(fā)生扭曲的，星球質(zhì)量越大，時(shí)空扭曲就越厲害，光和時(shí)間概念都發(fā)生了改變。起伏、震顫、波浪……你可以用各種詞匯來形容你所理解的時(shí)空扭曲。

1916年，愛因斯坦又在廣義相對(duì)論框架下發(fā)表論文，論證了引力的作用以波動(dòng)的形式傳播。這就是引力波的由來。

眼見為實(shí)。人類只相信真實(shí)探測(cè)到的。遺憾的是，引力波太“高冷”，人類百年來一直不能探測(cè)到它的存在。為什么？

由于引力波產(chǎn)生的效應(yīng)很小，如果不主動(dòng)排除外界干擾，不可能從“背景波動(dòng)”中分辨出引力波信號(hào)。地震波、火車噪聲、觀測(cè)設(shè)備本身的極微小活動(dòng)等都會(huì)構(gòu)成干擾。

可是，技術(shù)是飛速發(fā)展的。一些剛升級(jí)的探測(cè)器也許能讓物理學(xué)家一“睹”引力波的真面目，其中之一便是LIGO。這個(gè)位于美國路易斯安那州利文斯頓市與華盛頓州小城漢福德市之間數(shù)公里長的觀測(cè)設(shè)施已于不久前完成改造工作，其探測(cè)靈敏度比5年前提高了10倍。

毫無疑問，引力波是對(duì)廣義相對(duì)論的一個(gè)最直接的驗(yàn)證。另外，它在弱場(chǎng)中已經(jīng)得到驗(yàn)證，但是對(duì)已強(qiáng)引力之下的驗(yàn)證，之前卻從來沒有驗(yàn)證過。所以此次觀測(cè)，是對(duì)廣義相對(duì)論的一個(gè)非常好的檢驗(yàn)。引力波以光速傳播，它與物質(zhì)的相互作用非常非常的弱，所以引力波可以給我們提供宇宙幾乎無阻擋的圖景，而這個(gè)幾乎是無法利用我們熟知的電磁波來達(dá)到的。比如，利用引力波，我們可以看到宇宙的最早期，宇宙大爆炸之后的1，0E-36秒開始的宇宙形成過程，而對(duì)于電磁波而言，它最早只能看到大爆炸后的大約300，000年之后的宇宙歷史，在此之前，電磁波是不能給我們提供的。所以引力波是我們了解宇宙形成的最好工具。

在《星際穿越》電影中的結(jié)尾之時(shí)，主人公庫珀身處一個(gè)五維時(shí)空的超體方體中，為了將從黑洞中心所提取出來的信息傳遞給身處四維時(shí)空的女兒墨菲，人為地制造引力波效應(yīng)，成功將信息傳遞，從而人類得以解救。從目前物理學(xué)家的認(rèn)識(shí)來看，引力波是唯一一種可以在不同維度傳播的波。不同宇宙之間的碰撞，會(huì)產(chǎn)生引力波。說不定在不遠(yuǎn)的將來，我們也可以依靠引力波來判斷多重宇宙的存在與否。

歷史的發(fā)現(xiàn)軌跡告訴我們，每一扇新的窗口被打開，都會(huì)有令人稱奇的發(fā)現(xiàn)。雖然LIGO的探測(cè)能力還是有限，一旦這個(gè)引力波的世界被撬開了一道小小的裂縫，讓我們看到了春天的種子，相信碩果累累的引力波豐收季節(jié)也不會(huì)太遠(yuǎn)。

責(zé)編/花語