xpmm 16-02-14
2016年2月11日， 美國國家自然科學基金會攜美國激光干涉引力波觀測站（LIGO）的專家正式宣布：從兩個合并的黑洞，LIGO首次直接探測到了引力波。據報道，北京時間2015年9月14日17:50:45分，激光干涉引力波觀測平臺的兩個探測器同時觀測到一個引力波瞬時事件，與愛因斯坦廣義相對論預言的一對互相旋轉的黑洞并合成一個黑洞的計算相符合。
基于觀測到的信號，LIGO宣布這次觀測到的引力波事件，是由13億光年之外的一個質量為36倍太陽質量和一個29倍太陽質量的黑洞合并發(fā)出。合并后的黑洞質量62倍太陽質量，說明有3個太陽質量的能量以引力波的形式放出（誤差0.5太陽質量），經過13億光年的漫長旅行，最終抵達地球，被美國激光干涉引力波觀測站（LIGO）探測到。探測的可信度是5.1個sigma,按照物理學界慣例，可以被稱作發(fā)現(xiàn)。
激光干涉引力波天文臺（ LIGO，Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory），是美國1995年開始建設的。他們希望通過觀測引力波對激光光束的改變，尋找引力波的蹤跡。這一計劃由麻省理工學院和加州理工學院共同主持，全球有近800名科學家參與了這一計劃。
LIGO利用激光干涉探測引力波的原理，是將一束激光用分光鏡分成夾角為90度的兩束，然后兩束激光分別被4公里外的反射鏡反射回來并發(fā)生干涉。理想的情況下，回來的兩束光應該是相同的，但是如果有引力波出現(xiàn)，就會對這4公里的時空發(fā)生改變，導致兩束激光的細微差別，在干涉條紋上就會出現(xiàn)顯示出來。LIGO探測器是美國分別在路易斯安那州利文斯頓市與華盛頓州小城漢福德市建造的兩個引力波探測器，不久前完成了改造升級，其探測靈敏度相比2010年提高了約10倍。
2014年熱播的大片《星級穿越》（《Interstellar》）里，引力波是穿越時間、傳遞信息的幕后重要推手。
《星際穿越》電影的科學顧問以及同名科普書的作者——吉普·索恩教授（Kip Thorne），也是激光干涉引力波天文觀測臺（LIGO）的奠基人之一。
什么是引力波？
引力波的實質是兩個天體互相繞轉運動時所產生的動態(tài)彎曲的空間波動。就好像有人在水池中央攪動水面，水面的變化會以波動的形式傳向四方。類似的，相互繞轉天體造成的空間變化也會向各個方向傳播開來。這種由引力場變化造成的空間波動就是引力波。
如圖所示，這是兩個黑洞相碰撞的場景。一旦它們如此靠近，以致于無法逃脫彼此的引力，它們便融合成為一個更大的黑洞。此種碰撞會產生巨大的能量，并向宇宙時空發(fā)出巨大的漣漪。這種漣漪被稱為——引力波。早在1915年，愛因斯坦在廣義相對論中預言了它們的存在。
探測引力波有什么意義？
引力波天文學將是繼傳統(tǒng)電磁波天文學、宇宙線天文學和中微子天文學之后，人類認識宇宙的全新窗口，必將引發(fā)一場天文學的革命。
在正式運行之前，幾乎沒有人會相信第一個探測到的引力波信號會是雙黑洞并合，而且是質量如此之大的黑洞雙星。通過這一次觀測，我們知道了數十倍太陽質量的黑洞是可以存在的，這意味著其前身星必定金屬含量比較低，同時星風比較弱。我們還可以限制這類事件的發(fā)生率，并且預測下一次科學運行時能有多少個探測結果。這一切，都無法通過傳統(tǒng)的電磁波天文學得到。
引力波像其它的波一樣，攜帶著能量和信息。電磁波（宇宙背景微波輻射）只能讓我們看到大爆炸38萬年之后的景象，而引力波能夠讓我們回望宇宙大爆炸最初瞬間，檢驗宇宙大爆炸理論的正確與否。事實上，引力波不光具備視覺所不能及的信息，其與人的聽覺還有另一種異曲同工之妙：正如堵住一個耳朵，人就無法分辨聲音的來源，只靠一個引力波探測器，也無法確定致密雙星并合的信號。而現(xiàn)在測量致密雙星并合信號的天空來源的方法，正如同人的聽覺一樣，靠到達兩個耳朵的時間差，和到兩個耳朵的信號的強弱比決定。因此，以地球為腦袋，引力波探測器為耳朵，LIGO的科學家們架設起了一座傾聽宇宙的招風巨耳。
引力波探測除了能夠檢驗廣義相對論之外，還有助于證明其它版本的引力理論正確與否，還將推動引力量子化的研究，最終把引力融入其它三種基本相互作用，完成愛因斯坦的偉大夢想。
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