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1915年，愛因斯坦提出了廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論描述了時(shí)空彎曲如何受物質(zhì)質(zhì)量決定，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)如何受時(shí)空彎曲影響。它革新了人類對(duì)時(shí)空本質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)。盡管后續(xù)多次天文觀測(cè)為它提供了有力的證明，科學(xué)家們還希望有更直接的證明——廣義相對(duì)論預(yù)言的時(shí)空波動(dòng)“引力波”能否直接被探測(cè)到呢？

引力波是廣義相對(duì)論的一個(gè)理論預(yù)言：既然物質(zhì)的質(zhì)量會(huì)引起時(shí)空彎曲，那如果該物體還在加速運(yùn)動(dòng)呢？時(shí)空彎曲的程度就會(huì)發(fā)生變化，表現(xiàn)為以光速向外傳播的時(shí)空漣漪。

引力波將幫助探索物理上一些重大問題。如為黑洞的存在與否提供更直接的證據(jù)（盡管科研團(tuán)體中已對(duì)黑洞的存在非常確定，證明黑洞存在的證據(jù)多是黑洞對(duì)周圍物質(zhì)所帶來的影響，而不是黑洞本身。引力波的發(fā)現(xiàn)，尤其是源于雙黑洞并合所產(chǎn)生的引力波的發(fā)現(xiàn)，將是對(duì)黑洞真實(shí)存在的一個(gè)強(qiáng)有力證據(jù)），回答廣義相對(duì)論是否正確描述了引力？雙黑洞碰撞前后以及碰撞瞬間發(fā)生了什么？超新星爆炸的具體細(xì)節(jié)是什么？超新星爆炸后，中子星和黑洞是如何形成的？

引力波為探索宇宙打開了一扇新的窗戶，勢(shì)必會(huì)帶來更多的科學(xué)新發(fā)現(xiàn)。過去所做的大部分天文學(xué)研究是基于不同形式的電磁波，但電磁波容易被介于目標(biāo)天體和觀測(cè)者之間的物質(zhì)散射或吸收等。如果觀測(cè)手段是引力波，因?yàn)橛钪嫦鄬?duì)于它們近乎透明，影響微弱，人們將可能觀測(cè)到在其它方式下被阻擋的天體，以及并沒有產(chǎn)生電磁輻射的天體現(xiàn)象。也許有一天，我們可以通過引力波追溯到宇宙的極早期。

正如發(fā)布會(huì)上所說，這還只是一個(gè)開始，未來基于引力波這扇窗戶，我們會(huì)看到和聽到更多。說不定未來真的可以用引力波來傳遞信號(hào)呢，這聽起來有點(diǎn)像科幻作品出現(xiàn)的橋段。

技術(shù)推動(dòng)新發(fā)現(xiàn)，反過來，探索新發(fā)現(xiàn)這樣的應(yīng)用需求也會(huì)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。（更多細(xì)節(jié)請(qǐng)參見左文文博士為賽先生寫的一篇文章《待引力波波動(dòng)了天琴的弦》）

探測(cè)引力波的比賽自20世紀(jì)60年代就已開始。在此次LIGO成功探測(cè)到引力波之前，科學(xué)家所獲得的證據(jù)是間接的。例如借助脈沖星來間接探測(cè)引力波的存在。

1962年，開始有科學(xué)家提出利用激光干涉方法來探測(cè)引力波。如果一個(gè)物體受到引力波的影響，那么它將會(huì)一個(gè)方向上被壓縮，另一個(gè)垂直的方向上被拉伸。目前最先生的引力波地面探測(cè)器均呈L型，利用激光干涉技術(shù)，通過研究激光束的干涉條紋，來探索兩臂相對(duì)長度是否受引力波影響而變化。

以此次立功的LIGO為例，它有兩個(gè)L型激光干涉儀，分別在華盛頓的漢福德和路易斯安那的利文斯頓，兩者相距3002千米。對(duì)于其中的一個(gè)L型探測(cè)器，兩臂長度均為4千米，一束激光被分光鏡分為互相垂直的兩束。由于在交叉處和每一條臂的末端都垂放著反射鏡，因此每束激光都分別在一系列反射鏡上來回反射很多次，最終回到交叉處發(fā)生干涉。如果兩臂長度保持不變，那么將最終干涉相消，即最終在輸出上看不到干涉信號(hào)。但是如果由于引力波輕微地拉伸一條臂，壓縮另一條臂，相互干涉的兩束激光束就不再能干涉相消，干涉結(jié)果將顯示出來。輸出的信號(hào)中就蘊(yùn)含了兩臂的相對(duì)長度變化，進(jìn)而告訴我們引力波的消息，LIGO探測(cè)器主要測(cè)量的就是這種由于兩臂相對(duì)長度變化帶來的干涉信號(hào)。

為什么是L型，上段已經(jīng)交代了。為什么不是1個(gè)，而是2個(gè)呢？因?yàn)閱慰恳粋€(gè)探測(cè)器是無法確定引力波源的位置，因?yàn)閱蝹€(gè)探測(cè)器在單次觀測(cè)時(shí)接收的信號(hào)來自于一大片天區(qū)，而不是定向的某位置。如果有2個(gè)以上的探測(cè)器，就可以根據(jù)接收到信號(hào)的時(shí)間差來幫助確定引力波源的位置。除此之外，多個(gè)探測(cè)器也可以幫助排除一些局域的干擾信號(hào)。

根據(jù)發(fā)布內(nèi)容，我們終于知道了從去年9月份就開始頻出的傳言“探測(cè)到了引力波”的真實(shí)情況。

在2015年9月14日17點(diǎn)50分45秒（注意：2015年9月18日是升級(jí)后的LIGO重新開工的日子，也就是說其實(shí)在Advanced LIGO開工前就已經(jīng)有消息了，但LIGO官方非常謹(jǐn)慎，確認(rèn)再確認(rèn)），LIGO的兩個(gè)探測(cè)器觀測(cè)到了一次置信度為5.1倍標(biāo)準(zhǔn)差的引力波事件：GW150914。

引力波源是兩個(gè)已經(jīng)并合的黑洞，基于對(duì)信號(hào)波形的分析，可以推知并合前質(zhì)量分別是36倍和29倍太陽質(zhì)量，并合之后質(zhì)量為62倍太陽質(zhì)量，減少的3倍太陽質(zhì)量（能量）以引力波方式被輻射出去。這表明了人類首次直接探測(cè)到了引力波，直接看到了一次雙黑洞并合。

LIGO的精度是1e-22次方量級(jí)，對(duì)于4000米的干涉臂來說，相當(dāng)于可以檢測(cè)出千分之一質(zhì)子大小的距離變化。升級(jí)后的LIGO精度提高了10倍，相當(dāng)于可以檢測(cè)出萬分之一質(zhì)子大小的距離變化。盡管傳遞到地球的引力波信號(hào)很微弱，但鑒于LIGO的高精度，其被探測(cè)到的置信度是5.1倍標(biāo)準(zhǔn)差，表明了這是一次真實(shí)的引力波事件。

從信號(hào)的幅度可推知，引力波源大約在南天的麥哲倫云方向的13億光年之外。但具體位置還不能精確定出，這剛好表明“這還只是個(gè)開始”，未來有了更多引力波激光探測(cè)器的加入，有了電磁波望遠(yuǎn)鏡的跟進(jìn)觀測(cè)，科學(xué)家們一定能精確定出它的家。

“一扇窗戶的打開，往往會(huì)帶來驚喜。”相信引力波的發(fā)現(xiàn)所打開的窗戶，會(huì)帶來更多的驚喜。

如今，一個(gè)巨大的發(fā)現(xiàn)離不開國際合作。就拿“LIGO發(fā)現(xiàn)引力波”來說，這是16個(gè)國家、1000個(gè)科學(xué)家25年來的辛勤成果。回想40多年前，雖然理論上有引力波，但在觀測(cè)上能否被探測(cè)到、幾率如何、試驗(yàn)設(shè)備精度如何都還是未知數(shù)，有人愿意使出渾身解數(shù)說服、籌錢、參與和付出，該是多么富有熱情和英雄氣概；而作為資金贊助方的基金機(jī)構(gòu)，也得有一定的魄力和視野吧，能看到該領(lǐng)域的潛力，愿意承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，堅(jiān)持長達(dá)幾十年地支持該項(xiàng)目。當(dāng)然，這其中的苦樂只有參與者才是最真切體會(huì)的。

未來，國際上將會(huì)有更多的類似觀測(cè)設(shè)備與LIGO展開合作，就好像LIGO的兩個(gè)探測(cè)器一樣彼此驗(yàn)證信號(hào)的真實(shí)性，并幫助確定引力波源的真實(shí)位置。同類的地面引力波探測(cè)器還有意大利、法國合作的VIRGO，德國的GEO和日本的TAMA等。

愛因斯坦的傳奇在其廣義相對(duì)論百年之際得以繼續(xù)輝煌，而我們也真的很有幸見證著這一刻。