三位引力波探測發起人與引力波天文台的故事

1969年，美國麻省理工學院的雷納?韋斯提出了以激光干涉方法來探測引力波。1978年，加州理工大學的基普?索恩說服加州理工學院建設一個40米長的原型干涉儀。1979年至1987年，在羅納德?德雷弗的主管下，40米原型干涉儀得以建成。

1989年，他們開始向美國自然科學基金會申請建設一個更大的激光干涉引力波觀測站（LIGO）。儘管耗資巨大，而引力波是否能被探測到還不確定，相關機構在3年後批覆了他們的申請。1995年開建，1999年建成啟用。真正的引力波觀測始於2002年，結束於2010年。然後開始了LIGO的升級。2015年9月18日，升級後的LIGO（aLIGO）重新開機運行。而在aLIGO工程運行時，它探測到了引力波事件GW150914，隨後還探測了更多次的引力波事件。

引力波在理論上被提出之後，科學團體有啥反應呢？在隨後數十年，不少科學家不相信引力波的存在，認為只是理論上的預言。

2016年2月11日的發布會上，雷納·韋斯說到，即使引力波是真實的，在那個時代探測到它也是不可能的。原因有兩個：那麼時候全世界科學家都還不知道宇宙的強引力波源——黑洞和中子星，唯一知道的最可能的引力波源是一對相互繞轉的恆星，但是計算顯示它們的信號太弱無法被探測到。其次，那時候技術也達不到要求。

1962年，俄羅斯的專家提出用激光干涉方法探測引力波。如果一個物體受到引力波的影響，那麼它將在一個方向上被壓縮，而在另一個垂直的方向上被拉伸。目前最先進的引力波地面探測器均呈L型，利用激光干涉技術，通過研究激光束的干涉條紋，來探索兩臂相對長度是否受引力波影響而變化。

激光干涉引力波觀測站

在1969年,當時作為激光專家的韋斯被指派去教授廣義相對論。「那時我完全不知道韋伯的實驗」，他說。而且，因為他不懂韋伯的方法，所以他發展了自己的光學方法和識別相關的雜訊源的方法，提出了使用激光干涉方法來探測引力波。他提出該方法時，還不知道7年前的俄羅斯科學家的工作。

韋斯的方法發表在1972年麻省理工的內部期刊上，一開始並未引起同行的注意。當加州理工學院的索恩讀到這篇文章時，他認為這種方法是不可能探測到引力波的，他還將他的懷疑寫進了他與其他人合作編寫的《引力》教材中。

但是當1978年索恩重新思考這個想法時，他發現這個方法是可行的。他促成說服了加州理工學院建設一個40米長的原型干涉儀，進行預研究。美國國家科學基金會也支持了該項目。1979年-1987年，該項目主管便是羅納德?德雷弗。

1989年開始針對激光干涉引力波觀測站 ，向美國國家科學基金會申請獲取支持，1992年終獲批覆，1995年開建，1999年啟用。在發布會上，NSF主任說，「1992年批准LIGO最初的基金項目是NSF有史以來最大的一筆投資」，「那是一項有很高風險的資助,但這正是NSF需要承擔的項目。我們資助一定會有所發現,但是還在探索歷程上的基礎科學和工程。我們資助開路先鋒。這就是為什麼美國依然是全球先進知識的領導者的原因。」

真正的LIGO觀測始於2002年，結束於2010年。在頻率為100Hz處，LIGO的靈敏度已經達到1e-21，相當於LIGO能分辨出一根長4千米的臂極其微小的長度變化（10-18米，比電子尺寸1e-15米還要小近千倍）。理論上，LIGO可以看到的引力波現象包括：距離我們幾十萬光年之外的兩顆中子星繞轉靠近直至併合過程所發出的引力波，超新星爆炸或伽馬射線暴產生的爆髮式引力波等。但歷時9年LIGO並沒有直接探測到引力波。2015年9月18日，升級後的LIGO 重新開機運行，靈敏度提高至原來的10倍多。

以上介紹中，可以看到有3位重要的人士：雷納?韋斯，激光干涉探測引力波方法的提出者；基普?索恩，說服建立40米激光原型干涉儀的科學家；羅納德?德雷弗，40米原型干涉儀的項目主管。當然利用激光干涉探測到引力波，貢獻者遠非他們3人，而是由來自16個國家的上千人構成的研究團組。

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