LIGO引力波探測器，對於人類來說佳是個奇蹟

要獲取有關早期宇宙的可用信息，必須對引力波進行直接觀察，而不 是間接觀察。2003年，第一台可操作的引力波探測器，LIG0(「激光干涉引力波 觀測站」的英文首字母縮寫，Laser Inteiferometer Gravitational-Wave Observatory) 終於啟動了，利用引力波探究宇宙奧秘的長達10年之久的夢想得以實現。 LIG0的目標是探測對於地球上的望遠鏡來說太遙遠太微弱的宇宙事件，例如黑 洞或中子星之間的碰撞。

LIG0有兩項巨型的激光設備，一個設在華盛頓州的罕弗德（Hanford)，另一 個設在路易斯安那州的利文斯頓教區。這兩個設備各有兩條長管子，每條長

5英里(4千米），形成一個L形的管道。在每條管子內發射激光，在L形的接 頭處，兩個激光束相撞，它們的光波彼此干涉。正常情況下，如果沒有干擾，兩個 光波是同步的，彼此抵消。但是如果黑洞或中子星相撞發射出的最微弱的引力 波到達了這個裝置，一條管道的收縮和擴張就會與另一條不同。這種干擾足以 破壞兩股激光束之間精密的抵消過程，結果，兩股光束不是互相抵消，而是產生 出典型的波狀干擾圖，可用計算機詳加分析。引力波越強，兩股激光束之間的不 匹配就越強，干擾圖形也就越強。

LIGO是個工程奇蹟。由於空氣分子會吸收激光，容納激光的管子必須抽空 至萬億分之一大氣壓力。每個探測器的容積為300 000立方英尺（8 495立方 米），也就是說，LIG0具有世界上最大的人造真空。LIG0具有這樣高的靈敏度， 部分地歸功於鏡子的設計，它們是由非常小的磁體控制的，一共有6個，每個都 像螞蟻那麼大。鏡子打磨得非常光滑，精準到三百億分之一英寸。「想像一下， 如果地球也有那麼光滑的話，那麼山的平均高度不會超過1英寸（2. 54厘米）。」 負責監控鏡子的蓋利林?比林斯利（GariLynn Billingsley)說。它們非常精密，移 動精確到小於百萬分之一米，所以LIG0的鏡子可能是世界上最敏銳的鏡子。 「多數控制系統的工程師們聽說我們想做什麼事情的時候，都驚訝得目瞪口呆。

由於LIG0異常平衡，有時一些最意想不到的振動源發出了輕微的、多餘的 振動，也會使它不得安寧。例如位於路易斯安那州的那個探測器在白天就不能 工作，因為伐木工人在離開現場1 500英尺（457. 2米）的地方伐樹。（LIG0靈 敏到哪怕在1英里〔1 609米〕以外伐樹，也會使它白天不能工作。）即使在夜間， 半夜過路運輸車輛的振動和早晨6點支座的振動也會使它不能工作。LIG0能 連續運轉的時間有多長呢？

有時，甚至幾英里以外海浪拍岸的輕微振動也會影響到結果。衝擊北美沙 灘的海浪平均每6秒鐘沖刷一次海岸，由此產生的低沉咆哮聲也能實實在在地 被這些激光器捕捉到。實際上，由於這種聲響的頻率非常低，因此它可以直接穿 透陸地。「它感覺起來像一陣隆隆聲。」薩克（Zucker)對這種潮汐聲這樣評價。 「在路易斯安那州的颶風季節，這是非常令人頭痛的問題。」LIG0還受到月球和 太陽的引力拖拽地球時產生的潮汐的影響，產生幾百萬分之一英寸的干擾。

為了消除這些令人難以置信的輕微干擾，LIGO工程師們走了一個極端，把該裝置的大部分都與地球其他部分隔絕起來。每個激光系統都架在4個巨型的 不鏽鋼平台之上，一個平台摞在另一個之上，每層之間以彈簧分隔以消除任何振 動。所有精密的光學設備都有自己的地震絕緣系統;地板是一塊30英尺（10.44 米）厚的混凝土，不與牆壁接合。

但即使靈敏到了這種程度，許多科學家承認，LIG0可能仍然不夠靈敏，無法 在其壽命期限內探測到真正令人感興趣的事件。對該設施的下一次升級，也就 是LIGO，如果資金被批准了的話，計劃將於2007年進行。如果L1G0探測不 到引力波，人們打賭LIG0U將能探測到。LIG0科學家肯尼思?利布雷希特 (Kenneth Libbrecht)聲稱:LIGO II將使該設備的靈敏度翻1 000番，「從每10年 (探測到）一次，這是相當痛苦的，到每3天探測到一次,非常愜意。」

要讓LIGO探測到兩個黑洞的碰撞（距離3億光年以內），科學家要等上1 年到1 000年之久。如果說，用LIGO來探測這樣一個事件，意味著要由天文學 家的重重重……重孫的子女才能等得到，那麼許多天文學家可能就要對此重新 考慮了。但正如LIGO科學家彼得?索爾森（Peter Saulson)說的：「人們從解決 這類技術挑戰中獲得樂趣，這很像中世紀的教堂建築師們，明知自己可能看不到 建成後的教堂，但還是繼續工作。但如果說在我的有生之年無論如何努力也不 可能看到引力波，那我可能就不會鑽研這個領域了。這不只是在追逐諾貝爾獎 ……我們為之奮鬥的這種精準水平，是我們這項工作的特點；只有這樣才算走對 了路子。」有了LIGOII，一個人的有生之年發現真正有趣的事件的可能性就大大 提高了。LIGO1有可能以每天10次到每年10次的速率，在60億光年這一大得 多的範圍內探測到黑洞碰撞。

然而，即使是UG0n的威力也不足以探測到宇宙形成那一瞬間發射出的 引力波。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！