中國開啟引力波探測計劃
早在上世紀70年代，中國科學家就開始了引力波研究，但由於種種原因停滯了十幾年，造成了人才斷層。直到2008年，在當時還在中科院力學所國家微重力實驗室工作的胡文瑞院士的推動下，中國的引力波研究才再度開啟。
2013年出版的中國科學院《科技發展新態勢與面向2020年的戰略選擇》報告就曾預言:「今後10年，引力波實驗有可能取得突破性進展，引力波天文台有可能率先探測到來自雙中子星系統的引力波。」 LIGO的發現讓我國科學家對中國的引力波研究充滿期待。中國作為一個大國，在這個領域也必須做出我們應有的貢獻。目前中國的引力波研究計劃，有中科院提出的「空間太極計劃」，還有中山大學領銜的「天琴計劃」、中科院高能物理研究所主導的「阿里實驗計劃」。
「空間太極計劃」的主要科學目標是觀測雙黑洞併合和極大質量比天體併合時產生的引力波輻射，以及其他的宇宙引力波輻射過程。據此，中國將在2030年前後發射三顆衛星組成的引力波探測星組，用激光干涉方法進行中低頻波段引力波的直接探測，這個計劃同時也是一個中歐合作的國際合作計劃。「天琴計劃」的目標是去太空捕捉引力波；「阿里實驗計劃」是在西藏阿里海拔5100米山脊進行引力波觀測，其目標是從地面探測宇宙大爆炸初期的原初引力波。
引力波能揭示宇宙新的奧秘
引力波天文學將是繼傳統電磁波天文學、宇宙線天文學和中微子天文學之後，人類認識宇宙的全新窗口，必將引發一場天文學的革命。引力波根據其產生源不同，被分為四種，分布在不同頻率上。針對不同頻率，科學家設計了不同的探測手段。例如，這次LIGO實驗組探測到的黑洞引力波就屬於高頻段，探測手段就是地面數公里的激光干涉裝置。四種引力波中，原初引力波頻率最低，迄今為止還未被觀測到，其波長跟整個宇宙的尺度差不多大。它不同於天體運動、演化形成的引力波，而是來自於宇宙早期，產生於宇宙大爆炸時宇宙時空劇烈的「暴脹」過程中。原初引力波的探測需要對宇宙大爆炸後微波背景輻射（宇宙誕生大概38萬年後留下來的電磁波）進行觀測，一旦被探測到對基礎物理學意義更加重大。
LIGO這一發現，證實了愛因斯坦廣義相對論的正確性。從科學研究的角度講，引力波的發現為我們打開了研究宇宙的全新窗口，射電、光學、伽馬射線等電磁波譜研究宇宙都是來自於光子攜帶的信息，引力波攜帶著與電磁波截然不同的信息，將為我們揭示宇宙新的奧秘，比如黑洞與黑洞併合時的物理過程。如果能探測到宇宙大爆炸時發出的原初引力波，那將為我們揭示宇宙誕生之初的奧妙。
引力波像其他的波一樣，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38萬年之後的景象，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。科學家們表示，一個新的重大科學發現，總會給人類社會帶來無法預估的發展。18世紀描述電磁波的麥克斯韋理論確認的時候，也沒有人知道會給人類帶來什麼，但是現在不管是電視機還是行動電話，都與電磁現象有關。
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引力波是什麼？
愛因斯坦的廣義相對論認為，物質的質量會使得時空彎曲。比如一個人在沙發上坐下時，就立刻會出現一個坑，之前沙發周圍的物體就有向坑中間滑落的趨勢，相當於產生了引力。在宇宙空間，把太陽、地球、恆星、黑洞等大質量的天體放在時空中，時空就會形成「凹陷彎曲」。由此可見，愛因斯坦廣義相對論引力等價於彎曲的時空。而引力波就是在彎曲的時空大背景下，當發生有質量的物體加速運動導致的擾動時，產生的波動如波紋一樣向外傳播的現象。
拿蹦床舉例，如果一個運動員站在蹦床上，其位置就會形成一個凹陷（彎曲）。如果運動員不動，彎曲就像被扳彎的鋼尺一直緊繃在那裡。這種緊繃其實是在儲存能量。如果他跳一下，儲存的能量釋放了，蹦床就會把他彈起來。這個釋放不僅是把人彈到了空中，而且使得蹦床表面從一開始緊繃的靜止狀態一下子變成反覆起伏、上下翻滾的褶皺狀態，這個起伏翻滾並傳開來的褶皺可以理解成一個波動的傳播，即產生引力波。把宇宙空間比作蹦床，把黑洞比作蹦床運動員，它在宇宙這個大蹦床上通過碰撞、併合等方式蹦了一下，就會把之前儲存的巨大能量釋放出來，以引力波的形式傳遞出去。這種起伏的程度越大，波動就越大，引力波也就越強。
（廈門市老科協 供稿）
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