原標(biāo)題：愛因斯坦世紀(jì)預(yù)言終獲驗證,，LIGO首次直接探到引力波

明鏡（馬克斯·普朗克引力物理研究所）

胡一鳴（馬克斯·普朗克引力物理研究所、清華大學(xué)）

1915年,，愛因斯坦發(fā)表了場方程,，建立了廣義相對論。一年之后,，史瓦西發(fā)表了后來被用來解釋黑洞的愛因斯坦場方程的解,。1963年，克爾給出了旋轉(zhuǎn)黑洞的解,。1974年脈沖雙星PSR1913+16的發(fā)現(xiàn)證實了致密雙星系統(tǒng)的引力輻射完全與廣義相對論的預(yù)言一致,。2016年2月11日，LSC（LIGO科學(xué)合作組織,，LIGOScientificCollaboration）向全世界宣布：人類首次直接探測到了引力波,，并且首次觀測到了雙黑洞的碰撞與并合。

在這一百年里,，被譽(yù)為“人類認(rèn)知自然最偉大的成就”的廣義相對論,，一直在成長中：我們知道了時空的彎曲以及一些由時空彎曲可能產(chǎn)生的奇異事物,，比如黑洞,、引力波、奇點,、蟲洞甚至?xí)r間機(jī)器,。在過去歷史中的某些時期，甚至現(xiàn)在,，其中有些事物被不少物理學(xué)家視為洪水猛獸般的怪物,，對它們是否存在提出過強(qiáng)烈的懷疑。就連愛因斯坦本人直到逝世前都還在懷疑黑洞的存在,。曾經(jīng)同樣的黑洞懷疑論者惠勒,，后來卻成為了黑洞存在的支持者和宣傳者。歷史告訴我們,，我們對時間,、空間和時空彎曲所產(chǎn)生的事物的認(rèn)知，會發(fā)生革命,。引力波作為廣義相對論的重要預(yù)言,，直到在上個世紀(jì)60年代，其存在性也仍被不少物理學(xué)家質(zhì)疑過,。在之后的漫長歲月里,，幾代物理學(xué)家付出了無數(shù)努力,，可這神秘的引力波卻一直沒有被發(fā)現(xiàn)。

北京時間2015年9月14日17點50分45秒,，激光干涉儀引力波天文臺（以下簡稱LIGO）分別位于美國路易斯安那州的利文斯頓（Livingston）和華盛頓州的漢福德（Hanford）的兩個的探測器,，觀測到了一次置信度高達(dá)5.1倍標(biāo)準(zhǔn)差的引力波事件：GW150914。根據(jù)LIGO的數(shù)據(jù),，該引力波事件發(fā)生于距離地球十幾億光年之外的一個遙遠(yuǎn)星系中,。兩個分別為36和29太陽質(zhì)量的黑洞，并合為62太陽質(zhì)量黑洞,，雙黑洞并合最后時刻所輻射的引力波的峰值強(qiáng)度比整個可觀測宇宙的電磁輻射強(qiáng)度還要高十倍以上,。詳細(xì)結(jié)果將在近日發(fā)表于物理評論快報（Phys.Rev.Lett.,116,061102）。這項非凡的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著天文學(xué)已經(jīng)進(jìn)入新的時代,，人類從此打開了一扇觀測宇宙的全新窗口,。

LIGO漢福德(H1,左圖)和利文斯頓(L1,右圖)探測器所觀測到的GW150914引力波事件,。圖中顯示兩個LIGO探測器中都觀測到的由該事件產(chǎn)生的引力波強(qiáng)度如何隨時間和頻率變化,。兩個圖均顯示了GW150914的頻率在0.2秒的時間里面“橫掃”35Hz到250Hz。GW150914先到達(dá)L1,，隨后到達(dá)H1,，前后相差7毫秒——該時間差與光或者引力波在兩個探測器之間傳播的時間一致。（此圖版權(quán)為LSC/VirgoCollaboration所有）

1,、什么是引力波,？

廣義相對論告訴我們：在非球?qū)ΨQ的物質(zhì)分布情況下，物質(zhì)運(yùn)動,，或物質(zhì)體系的質(zhì)量分布發(fā)生變化時,，會產(chǎn)生引力波。在宇宙中,，有時就會出現(xiàn)如致密星體碰撞并合這樣極其劇烈的天體物理過程,。過程中的大質(zhì)量天體劇烈運(yùn)動擾動著周圍的時空，扭曲時空的波動也在這個過程中以光速向外傳播出去,。因此引力波的本質(zhì)就是時空曲率的波動,，也可以唯美地稱之為時空的“漣漪”。

下面這個動畫來自佛羅里達(dá)大學(xué)的S.Barke,，顯示了兩個黑洞相互繞旋慢慢靠近最后并合的全過程,。過程中黑洞周圍的時空被劇烈擾動，最后以引力波的形式傳播出去,。

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