原標(biāo)題：人類首次直接探測(cè)到引力波

美國(guó)路易斯安那州利文斯頓市的激光干涉引力波天文臺(tái),。新華社發(fā)

兩個(gè)正在旋轉(zhuǎn)合并的黑洞模擬圖,。

愛因斯坦百年前預(yù)測(cè)獲證實(shí) 很有可能引發(fā)天文學(xué)革命

愛因斯坦又對(duì)了,！在這位大科學(xué)家提出引力波的預(yù)言百年之后,，美國(guó)科學(xué)家11日宣布,，人類首次直接探測(cè)到了引力波,。這是人類第一次能夠“聽”到宇宙的“聲音”,。引力波是愛因斯坦廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的“拼圖”,，它的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)界里程碑式的重大成果。

我們能夠“聽見”宇宙了

“女士們、先生們,，我們已經(jīng)探測(cè)到引力波,，我們找到它了?！泵绹?guó)“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO）執(zhí)行主任戴維·賴茨當(dāng)天在華盛頓舉行的記者會(huì)上宣布,。

在一片嘈雜的背景噪音中，一聲“噗”的清脆聲響,，如水滴落水,，持續(xù)時(shí)間短暫得不到1秒，這正是由引力波轉(zhuǎn)化成的宇宙之聲,。當(dāng)天召開的記者會(huì)上,，LIGO科學(xué)家現(xiàn)場(chǎng)播放了來(lái)自宇宙的“聲音”。

“我們能夠‘聽見’引力波,，我們能夠‘聽見’宇宙,，這是引力波最美妙的事件之一。我們將不僅‘看見’宇宙,，我們還將‘傾聽’它,，”LIGO項(xiàng)目組發(fā)言人、路易斯安那州立大學(xué)物理學(xué)家加布里埃拉·岡薩雷斯在記者會(huì)上介紹,。

來(lái)自加州理工學(xué)院的賴茨把尋找引力波比作科學(xué)上的登月項(xiàng)目,。“我們做到了,，我們登上了這個(gè)‘月球’,。”他興奮地重復(fù)道,。參與記者會(huì)的還有麻省理工學(xué)院的研究人員及資助研究的美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)人員,。

引力波信號(hào)由黑洞合并產(chǎn)生

引力波是一種時(shí)空漣漪，如同石頭被丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋,。黑洞,、中子星等天體在碰撞過(guò)程中有可能產(chǎn)生引力波。100年前,，愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在,。廣義相對(duì)論的其他預(yù)言如光線的彎曲、水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)以及引力紅移效應(yīng)都已獲證實(shí),，唯有引力波一直徘徊在科學(xué)家的“視線”之外,。

上世紀(jì)70年代，曾有美國(guó)科學(xué)家在觀測(cè)雙星系統(tǒng)的過(guò)程中,，發(fā)現(xiàn)引力波存在的間接證據(jù),，并因此獲得1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),。

在將于《物理學(xué)評(píng)論通訊》雜志發(fā)表的新研究中，科學(xué)家探測(cè)到的是由黑洞合并產(chǎn)生的一個(gè)時(shí)間極短的引力波信號(hào),，持續(xù)不到1秒,。它經(jīng)過(guò)13億年的漫長(zhǎng)旅行，于2015年9月14日抵達(dá)地球,，被剛改造升級(jí)的LIGO的兩個(gè)探測(cè)器以7毫秒的時(shí)間差先后捕捉到,。

據(jù)研究人員估計(jì)，兩個(gè)黑洞合并前的質(zhì)量分別相當(dāng)于36個(gè)和29個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量,，合并后的總質(zhì)量是62個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量,，3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的能量以引力波的形式在不到1秒的時(shí)間內(nèi)釋放，釋放的峰值能量比整個(gè)可見宇宙釋放的能量還要高出約50倍,。

開啟觀測(cè)宇宙的新窗口

LIGO是美國(guó)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(gè)引力波探測(cè)器,，改造升級(jí)后其探測(cè)靈敏度大幅提高。10多個(gè)國(guó)家超過(guò)1000名科學(xué)家參與了這個(gè)搜尋引力波的項(xiàng)目,。

有關(guān)LIGO發(fā)現(xiàn)引力波的傳言已在物理學(xué)界傳播了幾個(gè)月,，最早透露這一消息的是美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)物理學(xué)家勞倫斯·克勞斯，但一直沒有獲得LIGO項(xiàng)目組證實(shí),。

克勞斯11日說(shuō),，發(fā)現(xiàn)引力波是一個(gè)“重大里程碑”,，它開啟了觀測(cè)宇宙的一個(gè)新窗口,，就像望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明或太空無(wú)線電波的發(fā)現(xiàn)一樣。

LIGO項(xiàng)目組發(fā)言人加布里埃拉·岡薩雷斯說(shuō)：“這一發(fā)現(xiàn)是一個(gè)新時(shí)代的開端,，引力波天文學(xué)現(xiàn)在成為現(xiàn)實(shí),。”

■專家講述

“愛因斯坦一定

也會(huì)嚇一跳”

“我們探測(cè)到了引力波,。我們做到了,。”當(dāng)?shù)貢r(shí)間11日清晨,，當(dāng)LIGO執(zhí)行主任,、加州理工學(xué)院教授戴維·賴茨在華盛頓宣布這一消息時(shí)，擠在美國(guó)加州理工學(xué)院天文學(xué)與天體物理學(xué)中心參加同步新聞發(fā)布會(huì)的上百名科研人員沸騰了,。

長(zhǎng)久的歡呼,、掌聲和淚水……難怪科研人員這么激動(dòng)，依照科學(xué)家的說(shuō)法,，人類探測(cè)到引力波,，如同一個(gè)失聰?shù)娜送蝗猾@得聽覺，從此獲得感知世界的新能力,。這一天,，距愛因斯坦預(yù)測(cè)引力波存在已有百年。

“我相信愛因斯坦看到今天的結(jié)果，一定也會(huì)嚇一跳,，”LIGO科學(xué)合作組織研究成員之一,、加州理工學(xué)院物理學(xué)教授陳雁北說(shuō)，“盡管他會(huì)因自己在廣義相對(duì)論,、量子力學(xué),、激光等多個(gè)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)感到欣慰，但百年來(lái)物理學(xué)已獲得前所未有的發(fā)展,。對(duì)于人類今天的成就,，愛因斯坦一定無(wú)法想象?！?/P>

愛因斯坦百年前預(yù)言引力波存在,，但也曾認(rèn)為，由于引力波太過(guò)微弱,，它無(wú)法被探測(cè)到,。參與LIGO項(xiàng)目的澳大利亞墨爾本大學(xué)研究員孫翎對(duì)記者說(shuō)：“我們證明了愛因斯坦的正確，另一方面他也說(shuō)錯(cuò)了,，我們真的探測(cè)到了,。”

■焦點(diǎn)科普

捕捉引力波為啥這么難,？

引力波是非常弱的一種信號(hào),，弱到連愛因斯坦本人都曾懷疑能否建造足夠靈敏的探測(cè)器，探測(cè)引力波很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被視為“不可能完成的任務(wù)”,。

20世紀(jì)90年代起,，大型激光干涉儀引力波探測(cè)器開始在全球范圍內(nèi)興建，真正拉開了引力波探測(cè)黃金時(shí)代的序幕,。

美國(guó)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了兩個(gè)激光干涉引力波探測(cè)器（LIGO）,。LIGO擁有巨大的L形測(cè)量臂，每邊各有4千米長(zhǎng),，兩端設(shè)有反射鏡面,。發(fā)出的一束激光沿著L形互相垂直的兩邊前進(jìn)并被來(lái)回反射。一般情況下,，激光由于干涉而互相抵消,，探測(cè)器接收不到光信號(hào)，但一旦引力波經(jīng)過(guò),，便會(huì)改變激光通過(guò)的距離,，從而被觀測(cè)到。探測(cè)引力波需要探測(cè)器具有極高的靈敏度,，還需區(qū)分開來(lái)引力波信號(hào)和環(huán)境或儀器噪聲,。

2015年9月14日北京時(shí)間17點(diǎn)50分45秒,，位于利文斯頓與漢福德的兩臺(tái)探測(cè)器同時(shí)觀測(cè)到了后來(lái)被命名為GW150914的引力波信號(hào)?？茖W(xué)家們通過(guò)進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析還證實(shí)了這是兩個(gè)黑洞合并的事件,。

在當(dāng)天的記者會(huì)上，也有人問(wèn)所探測(cè)到的引力波信號(hào)是不是好得過(guò)頭了,？LIGO項(xiàng)目科學(xué)家的回答是,，他們花了幾個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證，這也是為什么去年9月探測(cè)到引力波信號(hào),，卻拖到今天才宣布,。這些科學(xué)家還相信，隨著探測(cè)器靈敏度的提高,，今年應(yīng)該會(huì)探測(cè)到更多引力波信號(hào),。

探測(cè)到引力波有多重要？

包括中國(guó)科學(xué)家在內(nèi)的多國(guó)科學(xué)家認(rèn)為,，新發(fā)現(xiàn)不僅填補(bǔ)了廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的拼圖,，讓現(xiàn)代物理學(xué)的根基更加堅(jiān)實(shí)，也意味著科學(xué)家抓住了揭開宇宙奧秘的“鑰匙”,，有助于了解宇宙的起源和運(yùn)行機(jī)制,。

英國(guó)著名理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金表示：“引力波提供了一種人們看待宇宙的全新方式。（人類）探測(cè)到引力波的這種能力,，很有可能引發(fā)天文學(xué)革命,。”

南非夸祖魯-納塔爾大學(xué)的引力波研究專家馬寅哲說(shuō),，天文學(xué)的發(fā)現(xiàn)幾百年以來(lái)主要靠電磁光譜的測(cè)量,，射電,、光學(xué),、紅外、X射線等天文觀測(cè)手段均是在收集光,，靠“看”觀測(cè)宇宙,。引力波的發(fā)現(xiàn)則將從“聽”這一完全不同的角度進(jìn)行天文觀測(cè)，引力波天文學(xué)這一學(xué)科的大門徹底被打開,。引力波將成為檢驗(yàn)愛因斯坦相對(duì)論,、探測(cè)黑洞質(zhì)量、測(cè)量宇宙距離等基本問(wèn)題的新窗口,。

參與該項(xiàng)目的美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)科學(xué)家查德·漢娜說(shuō),，我們無(wú)法預(yù)測(cè)引力波天文學(xué)將如何改變對(duì)宇宙的基本認(rèn)知，就像伽利略用他的小望遠(yuǎn)鏡預(yù)測(cè)不了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡展現(xiàn)給我們的宇宙那樣,，“我們可以預(yù)期的是,，100年后我們的后輩所知道的將與我們所知道的有天壤之別”,。

據(jù)新華社

責(zé)任編輯：向昌明 SN123