引力波為人類探索宇宙配上「順風耳」

新華社電 瑞典皇家科學院3日宣布，將2017年諾貝爾物理學獎授予美國科學家雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·索恩，以表彰他們為發現引力波作出的貢獻。

愛因斯坦的廣義相對論在百年前就預言了引力波的存在，但科學界長期沒能探測到它。這些科學家創建和運行的「激光干涉引力波天文台」（LIGO）項目在2015年9月第一次探測到引力波存在。

引力波

英文為

Gravitational wave

時間和空間會在質量面前彎曲，時空在伸展和壓縮的過程中，會產生振動傳播開來，這些振動就是引力波

形象地說

一百年前，愛因斯坦提出廣義相對論的完整理論，把一維時間與三維空間看成是一個整體，成為一個四維的幾何體。他發現，三維空間本身是有彈性的，它會隨著一維時間振動。這一振動將在整個空間激發出一種波動，類似於水面上的漣漪——他稱這種時空中的漣漪為引力波

截獲引力波

有何意義

在哥倫比亞大學物理學教授紹博爾齊·馬爾卡看來，人類此前的天文學發現都好似「眼睛」，而引力波的發現意味著人類長了「耳朵」。他表示，引力波攜帶大量信息，它的發現可幫助科研人員更好地了解黑洞。

學界普遍認為，引力波的發現是物理學和天文學的一項重大突破。它開啟了人類探索宇宙的一扇大門，甚至可能揭開宇宙誕生早期的奧秘

科學家用幾公里長雙臂「捕獲」了它

為「捕獲」引力波，美國國家自然科學基金會於上世紀90年代在路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德各建造了一個激光干涉引力波天文台(LIGO)。在利文斯頓的干涉儀有一對封閉在1.2米直徑的真空管中的4公里長的臂，而在漢福的干涉儀則稍小，只有一對2公里長的臂。

這兩套LIGO干涉儀在一起工作構成一個觀測所。這是因為激光強度的微小變化、微弱地震和其他干擾都可能看起來像引力波信號，如果是此類干擾信號，其記錄將只出現在一台干涉儀中，而真正的引力波信號則會被兩台干涉儀同時記錄。

所以，科學家可以對兩個地點所記錄的數據進行比較得知哪個信號是雜訊。來自加州理工學院、麻省理工學院等90多所高校的1000多名科學家參與LIGO的日常探測和研究。

去年諾獎熱門今年獲獎無懸念

2016年2月11日，美國加州理工學院、麻省理工學院以及LIGO的研究人員宣布，他們在2015年9月14日探測到來自於兩個黑洞合併的引力波信號。這是人類首次探測到引力波真實存在。

這次探測到的引力波是由兩個黑洞合併引發的。這兩個黑洞的直徑都在150公里左右，它們不斷靠近，旋轉，並最終合併成一個黑洞。兩個黑洞一個達到太陽質量的29倍，一個為太陽質量的36倍。據推測，兩個黑洞的合併發生在13億年前，合併過程中產生的引力波經漫長的傳播最終抵達地球。

公布首次探測結果後，LIGO就成為了眾望所歸的諾獎最大熱門。然而，2016年諾貝爾獎提名的截止時間是1月31日。外界普遍猜測，諾獎可能推遲到2017年才會花落LIGO。昨天的獲獎結果也顯示引力波獎項毫無懸念。

截至目前，LIGO已成功探測到4次引力波事件。最近的一次就發生在5天前。

廣義相對論預言驗證拼圖完整了

早在1915年，愛因斯坦在廣義相對論的基礎上提出了引力波的存在，並預言強引力場事件可產生引力波，比如黑洞合併、脈衝星自轉以及超新星爆發等。

我們在地球上隨時隨地都可能遭遇來自宇宙中各種源頭的引力波：兩個黑洞合併、中子星自轉、超新星核塌縮等。

然而，即使是像黑洞這樣巨大質量的系統相互碰撞、合併，產生的引力波信號傳遞到地球上也是很微弱的。就連愛因斯坦本人也想像不到，能通過怎樣的方法探測到引力波。

過去近百年中，廣義相對論的其他預言如光線的彎曲、水星的近日點進動以及引力紅移效應都已獲證實，唯有原初引力波因信號極其微弱，技術上很難測量，而一直徘徊在天文學家「視線」之外。

LIGO的創始者之一、麻省理工學院物理學教授雷納·維斯說，「引力波的發現漂亮地印證了愛因斯坦在100年前的預言。如果我們有機會告訴他這件事，我真想看看他臉上的表情。」

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中國空間引力波探測

由華中大發起

中國空間引力波探測

由華中大發起

記者李佳 通訊員周洪元

3日，長江日報記者聯繫上武漢大學、華中科技大學和湖北第二師範學院的3位專家，他們代表了武漢在引力波研究領域最高水平，其中，湖北第二師範學院范錫龍博士參與引力波最早探測發現，美國物理學會的旗艦期刊《物理評論快報》最早發表人類首次探測到引力波的論文，署名中就有范錫龍。

信號持續0.3秒如雞場里找「迷你」仙鶴

現代最主要的引力波探測裝置是採用激光干涉儀，負責美國激光干涉引力波觀測台（LIGO）運行操作的LIGO 實驗室，由加州理工學院與麻省理工學院聯合組成，此次獲獎的3位科學家就是其中的領軍人物。

多名中國學者在LIGO團隊為引力波探測作出重要貢獻並在人類首次探測到引力波的論文署名，清華大學曹軍威團隊就是其一，湖北第二師範學院范錫龍博士介紹，自己在英國格拉斯哥大學做研究期間加入了清華團隊，參與LIGO研究，隸屬於「bust組（爆發源分析組）」。

從2015年9月發現到第二年2月宣布，中間有近半年時間在進行謹慎驗證。范錫龍說，「信號只持續了0.3秒，就彷彿在雞場里，尋找一隻體型大小跟雞差不多的小仙鶴。而信號和雜訊長得很像，而且雜訊太大，信號太小。靈敏的儀器捕捉到了不少疑似信號，怎麼知道是兩個黑洞？需要用大型超算計算機對參數估計、錯誤概率等進行分析，需要積累數據，這裡面有大量實驗物理學的龐雜工作」。

引力波首次被捕獲沒幾天，范錫龍與另一位內部組員討論引力波信號的發現，因為保密原則，他們不能提及任何引力波的事情，「那個事（the event）是真的嗎？」「可能嗎？不會吧！」他們神秘兮兮地聊著，范錫龍的碩士導師朱宗宏走了過來，「我們突然停住了談話，相互張望，異常有趣」。

引力波信號最早發現者即將到漢講學

范錫龍提到的導師朱宗宏，是教育部長江學者特聘教授、國家傑出青年基金獲得者，培養了5位LIGO科學合作組成員，其中3位是引力波發現文章合作者，目前加盟武大物理學院。經他邀請，5日，LIGO爆發源分析組聯席主席、格拉斯哥大學的王義雄教授將到漢講學。

朱宗宏介紹，當時，LIGO有4個數據分析組在找引力波信號，爆發源分析組的科學家王義雄9月14日最先注意到引力波信號，並將這一信息傳送給所有分支組的組長，花了4個多月的時間，確定是雙黑洞併合信號，最終確定探測到引力波。

朱宗宏介紹，3位諾獎獲獎者之一的巴里·巴里什，曾受其邀請，2015年春天到北京參加相關活動。「當時，LIGO的負責人戴維里茨出席活動時坐我邊上，我同他開玩笑講，1922年11月13日愛因斯坦到上海時得到了得諾獎的通知，你們到中國來，會得到幸運。」朱宗宏說，沒過多久，幸運就到來了，當年9月，引力波信號被探測到。

華中大有引力波研究國內一流團隊

據華中科技大學物理學院引力中心王炎副教授介紹，自1983年該中心成立以來，在引力物理、引力波探測等相關領域的關鍵實驗技術的研發上不斷探索，有著非常深厚的積累。幾年前，在時任該中心負責人羅俊院士的帶領下，提出了中國空間引力波探測的「天琴」計劃。

「跟美國LIGO引力波天文台採取的地面探測方法不同，中國科學家將把類似於地面激光干涉裝置放到天上，今後會發射激光干涉的衛星到太空去，在空間中進行引力波探測。這是為了避免地面上的各種干擾源，因為地面有低頻噪音，很難探測到毫赫茲到分數赫茲的引力波」。

王炎介紹，該中心在空間激光干涉引力波探測的各類關鍵實驗技術上，如空間加速度計、空間激光測距以及空間引力波探測器數據處理等領域，都有國內一流的團隊，在引力研究方面為國內領先，國際知名。

「我的研究生導師、目前麻省理工學院教授，上世紀70年代初期是此次諾獎得主之一的索恩教授的研究生。我今年暑假受加州理工學院陳雁北教授邀請去該學院訪學時，曾邀請索恩教授來漢講學，就在上月初接到他的回郵。據他介紹，他今年年底將來中國領取『復旦－中植科學獎』，如果時間允許，他非常樂意來武漢訪問華中科技大學引力中心」。

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