王晉嵐

2016年2月11日，來自美國激光干涉引力波天文臺（LaserInterferometer Gravitational.WaveObservatory，LIGO）的科學家宣布，人類首次直接探測到了時空的漣漪——引力波。這一引力波信號（現(xiàn)被稱為GW150914）于協(xié)調世界時（coordinated universal time，UTC）2015年9月14日9：51，即北京時間當日17：5l由分別位于路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德的一對探測器觀測到，置信度高達5.1（『。相關結果于當日發(fā)表于Physical Review Letters。這一探測證實了愛因斯坦的廣義相對論的一個重要預言，并打開了一扇探測宇宙的全新窗口。

1915年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論場方程，標志著廣義相對論的誕生。次年，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了場方程的一個波動解，預言了引力波的存在。同樣在1916年，施瓦西（K.Schwarzschild）發(fā)現(xiàn)了場方程的另一解，后來人們意識到此解描述了黑洞這一奇特天體；1963年，克爾（R.Kerr）進一步發(fā)現(xiàn)了旋轉黑洞解。

1970年代和1980年代，赫爾斯（R.Hulse）和泰勒（J.Taylor）發(fā)現(xiàn)了引力波存在的第一個間接證據(jù)：他們觀測到由一個脈沖星和一個中子星組成的雙星系統(tǒng)。根據(jù)廣義相對論，系統(tǒng)由于輻射引力波應導致脈沖星的軌道緩慢縮小。經(jīng)多年觀測，他們發(fā)現(xiàn)軌道變化率與廣義相對論的預言高度一致。

此次LIGO觀測到的信號則是人類第一次直接觀測到引力波本身，這得益于LIGO的高靈敏度。在LIGO獨立而相距遙遠的兩個天文臺中，各有一臺全長4千米的L形干涉儀。干涉儀將激光分成兩束，兩束激光在兩個干涉臂之間來回運行。根據(jù)廣義相對論，當引力波經(jīng)過探測器時，干涉臂長度會有微小的變化。LIGO可以探測到小至質子直徑萬分之一的微小變化。

基于對觀測數(shù)據(jù)的分析，以及與理論計算的比照，此信號源于13億年前質量分別為36：；太陽質量和29=：太陽質量的兩個旋轉黑洞的并和。這也是人們第一次觀測到雙黑洞并和事件。