思柯

和LIGO一起傾聽天籟之音

思柯

100年前，愛因斯坦用廣義相對論預言了引力波的存在，認為引力是彎曲時空的產物，引力波就是大質量物體相互影響時產生的時空漣漪。如今，科學家終于探測到了引力波存在的直接證據。2016年2月11日，激光干涉引力波天文臺（LIGO）的科學家宣布發(fā)現(xiàn)了13億光年之外的兩個黑洞碰撞產生的引力波的信號，這個被稱作GW150914的引力波是在去年9月14日被LIGO檢測到的。

理論上，宇宙中應該不乏引力波的痕跡。像超新星爆發(fā)、中子星超速運轉、黑洞雙星或雙中子星旋近這些外力擾動時空的宇宙事件都將產生引力波。但是，直到20世紀60年代初，科學家才開始嘗試對引力波的觀測。60年代末，麻省理工學院的雷納·維斯首先想到通過分離激光束以及干涉的方法有可能尋找到引力波存在的證據。這也就是LIGO的大致工作原理。

1992年，美國科學基金會（NSF）通過了建造LIGO的2.72億美元撥款計劃。LIGO由兩臺探測器組成，分別位于漢福德市和利文斯頓市。在LIGO中，一束激光被分束器分成兩束，沿著彼此垂直的4千米通道傳播，隨后兩束激光來回反射并最終在探測器上重組。正常情況下兩束激光彼此抵消；當引力波進入LIGO時，通道輕微變形，光的傳播距離發(fā)生變化，重組時就不會抵消，從而在探測器上產生一個可測量的信號。

LIGO計劃的主要目的就是探測引力波，在2002到2010年的運行第一階段并未能探測到任何引力波，但NSF仍然對LIGO的進展?jié)M意，并再次劃撥2.05億美元用于升級LIGO。LIGO經歷了20多年的漫長歲月并已耗資超過5億多美元。近年來，引力波探測成為熱點，包括VIRGO引力波探測項目、GEO600引力波觀測站以及IPTA國際脈沖星計時陣等等，都希望早日探測到引力波，甚至還發(fā)生了BICEP2望遠鏡宣稱探測到原初引力波的烏龍事件。凡此種種使得LIGO的科學家面臨很大的競爭壓力。

然而，LIGO終于兌現(xiàn)其承諾。引力波信號的發(fā)現(xiàn)，也意味著一些重要的天體物理研究成果的誕生，包括它也代表了黑洞存在的首次觀測證據?？茖W家對宇宙的探測幾乎都是通過電磁光譜獲得的，95%的宇宙仍然無法用傳統(tǒng)的天文學手段觀察到，引力波將幫助我們以前所未有的方式巡視時空，這就意味著一個全新的天文學領域已經開啟。升級后的LIGO、在建的愛因斯坦望遠鏡以及位于太空的eLISA等等都已整裝待發(fā)。

LIGO目前已進入新一輪的改進工作，探測器正在一步步接近其最大的靈敏度，到夏末時系統(tǒng)將再次上線，傾聽我們幾乎難以想象的來自宇宙深處的天籟之音?！拔覀冋诖蜷_一個與以往完全不同的觀察宇宙的新窗口，雖然我們還不知道通過窗口我們將看到什么，”基普·索恩說，“但它一定會給我們帶來更大的驚喜?！?/p>