捕捉时空涟漪，引力波使人类能够聆听黑洞乃至宇宙
2015年9月14日，这是一个载入人类科学史的大日子。这一天人类首次探测到了引力波。
就在一百年前，科学巨匠爱因斯坦提出了广义相对论。这一理论的横空出世，彻底改变了世界。它对时空的重新定义，是现代物理学的一大支柱。随之而来的，就是各种各样神奇的推论：光线会被大质量的天体偏折，引力会让时间变慢，引力红移现象，宇宙中有看不见的天体黑洞等等。这些看似不可思议的预言在随后的几十年纷纷得到了实验的证实。
文章插图
【捕捉时空涟漪，引力波使人类能够聆听黑洞乃至宇宙】唯独引力波难觅芳踪，它甚至被誉为相对论缺失的最后一块拼图。
引力波，时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，以引力辐射的形式传输能量。
简而言之，它就像水波一样。当我们朝平静的湖面扔一块大石头。在石头入水的地方，会出现一圈圈的波纹慢慢向外扩散。如果我们把湖面想象成时空之网，当网受到大力冲击时，就会出现向外扩散的涟漪，这就是引力波。原理很好理解，可是要实实在在检测到它，又是另外一回事了。
文章插图
你，我在走路、跑步、打球时，都会产生引力波，但这十分的微小，根本检测不到。只有宇宙中的大动静，才能产生足以让人类检测到的引力波，比如两个大质量黑洞的合并。
13亿年前，一个29倍太阳质量的黑洞和一个36倍太阳质量的黑洞，相互围绕，逐渐靠拢。最后，合并成了一个62倍太阳质量的黑洞。这个新兴的黑洞高速地旋转着。在合并过程中，亏损了3个太阳的质量，这部分质量以强大的引力波形式释放到宇宙中。
文章插图
人类为了抓住这一次检测到引力波的机会，一代代科学家为之不懈奋斗，追赶的脚步一刻也未敢停歇。
早在上世纪60年代，美国物理学家约瑟夫·韦伯就利用共振原理制成了他的引力波探测仪器——“韦伯棒”。这是一个直径1米、长2米、约重1吨的圆筒。工作时，把它用钢丝悬在安静的地方，如果有引力波经过，圆筒会发生共振，在圆筒内安装有灵敏的电压感应器，由此可以检测出引力波。
文章插图
1968年，韦伯宣称他检测到了引力波，但是当学界再次对其进行验证时，却始终一无所获。
时间来到了90年代，麻省理工学院与加州理工学院在美国科学基金会的资助下，开始联合建设“激光干涉引力波天文台”（LIGO）。其原理就是，在仪器内发射两束激光，如果这两束光走过的路程一样长，那它们重逢时，出现的干涉条纹中间是明亮的。如果这两束光走过的路程不一样长，出现的干涉条纹中间会变暗。也就是说，把引力波经过时所造成的长度变化，转化为激光干涉结果的光线明暗变化。
文章插图
在开始的几年，LIGO没有探测到引力波的信号。接下来的几年仍一无所获。但是LIGO团队没有气馁，一次一次地升级改造，不断地加长探测臂，以提高灵敏度。
我们人类做好了一切准备。终于，在2015年9月14日，13亿年前两个黑洞合并所产生的引力波如约而至。
历时百年，我们终于探测到了引力波。广义相对论最后一块拼图终于找到了。
文章插图
从此，人类有了一种全新的方式探索宇宙。
在以前，我们探索宇宙是用光学望远镜，即最传统的伽利略式望远镜这就很容易受阴天、大雾、雷雨等不利气象条件的影响。
文章插图
时间来到了上世纪30年代，一种全新的观测手段出现了——射电望远镜。
射电望远镜通过接收来自宇宙深处的电磁波，然后通过镜面反射，同时到达公共焦点。“大锅盖”或许是我们对射电望远镜最深刻的印象吧。当“大锅盖”收集到了信号后，通过线缆把数据传送到后方控制室做进一步记录、处理，供后期研究。
文章插图
引力波的成功探测，就类似射电望远镜之于光学望远镜的意义。我们可以用全新的观测手段探索以前不曾触及到的宇宙现象了。比如大质量黑洞的合并，黑洞本身就是“看不见”的，要想观察它们的合并非引力波莫属。不止是对黑洞的探测，白矮星碰撞，中子星绕转，超新星爆发，伽马射线暴等。一切宇宙的大动静，我们都可以用引力波一窥究竟。而且引力波是时空本身的震荡（涟漪），不需要传播介质。引力波还可以几乎不受阻挡的穿过行进途中的任何天体，这样就可以携带更多的“原始数据”。
推荐阅读
- 声音 中国天眼：凝望浩渺苍穹 捕捉宇宙声音
- 时空 爱因斯坦又正确了宇宙最高维度11维空间，真有物质能跨越
- 宇宙 中国天眼：凝望浩渺苍穹 捕捉宇宙声音
- 中青报 “时光之镜”走进向警予故乡 穿越时空与她相遇
- 日本 日本天文学家利用昴星团望远镜捕捉一千八百颗超新星
- c50 哈勃望远镜捕捉到一个明亮的螺旋星系
- 美国宇航局 日本预计2029年将球形机器人送上月球：可自动“变身”行驶，捕捉月表图像
- 时空 消灭负号！新公式成功搭建时空之桥
- 空间引力波 太极计划：去太空捕捉时空涟漪
- 云比 美国宇航局的好奇号漫游者在火星上捕捉到闪亮的云彩