LIGO或首次在可見光下「看」到引力波：引力波探測幾十年上下求索

近日，《新科學家》雜誌官網率先發布獨家報道稱，全球首次探測到引力波的美國激光干涉引力波天文台（LIGO），可能探測到另一種此前未被觀察到過的新型引力波，即距地球1.3億光年的長蛇座內NGC4993星系的兩顆中子星合併產生的可見光信號，哈勃等多個望遠鏡可能已經「捕捉」到這一事件。

中子星合併模擬圖，白色代表磁力線（圖片來自《自然》雜誌官網）

對於「波」，我們並不陌生，生活中時常會聽到無線電波、電磁波、聲波、光波等等，引力波也是波的一種，那麼引力波又是什麼呢？

天外飄來引力波

既然稱之為引力波，它必然與引力有關。所以，在更深一步了解引力波之前，我們需要了解一下人類對於引力的認識過程。

17世紀末的物理學家牛頓看到了下落的蘋果，意識物體之間普遍存在的一種力，稱之為「引力」，並且將其數學化，這就是我們熟知的萬有引力。

萬有引力認識的精髓是物體質量的存在導致了引力，這在牛頓之後的兩百多年裡被認為是宇宙間的絕對真理。

牛頓與萬有引力（圖片來自網路）

直到1905年狹義相對論發表，再到1915年廣義相對論的發表，愛因斯坦提出了一種完全不同的對於引力的看法，引力是因為質量對於時空造成了變形所導致，而非質量之間的吸引。

愛因斯坦與廣義相對論（圖片來自網路）

這就意味著，我們時空可被當做一種可以變形的介質來認識。所以引力波，簡單來說，就是時空自身的波動。相比較我們熟知的無線電波（或者電磁波），它僅僅是在時空之中傳播的，時空是它的媒介。

引力波探測：幾十年上下求索

自從廣義相對論預言引力波之後不久，人們便開始追尋引力波。到今天，已經度過了幾十個春秋。發現引力波有什麼意義呢？

首先，引力波探測證實了愛因斯坦以及合作者的預言，再一次驗證了廣義相對論。

其次，就像電磁波和放射性現象一樣，引力波是人類了解這個宇宙的新窗口。引力波的發現標誌著人類進入了一個新的時代，開創了人類了解世界的新方式。（1887年赫茲發現電磁波時，誰能想像130年後，電磁波已經走進每個家庭。1896年貝克勒爾發現放射線的時候，誰能想到現在每一家醫院都能留下核物理的足跡。）

宇宙（圖片來自網路）

引力波為黑洞做名片

在引力的世界中，我們的宇宙通常是平靜的。可是在北京時間2015年9月14日17點50分45秒，地球上的LIGO探測器卻探測到了來自於宇宙深處距離地球13億光年之外的一場引力風暴，來自於一個雙黑洞系統的合併，以它的探測日期命名為 GW150914。

引力波第一次直接真正地驗證了黑洞的存在。因為合併之時和之後，引力波的產生是黑洞視界面變化的效果，所以這直接驗證了黑洞在宇宙當中的存在。

目前探測到的黑洞分布（圖片來自美國astronomy雜誌2014年10月期）

儘管引力波的探測和數據處理是非常的複雜，但是一旦引力波信號被合理的提取之後，通過一次的引力波探測，我們就可以知道有關黑洞的所有信息，質量和自旋。從這個意義上來講，引力波將極大的加速我們對於黑洞的研究和認識。

為一窺宇宙初生

毫無疑問，引力波是對廣義相對論的一個最直接的驗證。引力波以光速傳播，它與物質的相互作用非常非常的弱，所以引力波可以給我們提供宇宙幾乎無阻擋的圖景，而這個幾乎是無法利用我們熟知的電磁波來達到的。

引力波音頻（圖片來自LIGO新聞發布會直播截圖）

就如同一個天生的聾啞人，一直在聽別人說聲音的存在，突然有一天聽力恢復了。引力波是一種方式，是一種看待世界的方式。歷史的發現軌跡告訴我們，每一扇新的窗口被打開，都會有令人稱奇的發現。

雖然LIGO的探測能力還是有限，一旦這個引力波的世界被撬開了一道小的裂縫，讓我們看到了春天的種子，相信碩果累累的引力波豐收季節也不會太遠。

出品：科普中國

製作：黑洞來客團隊

監製：中國科學院計算機網路信息中心

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本文由科普中國融合創作出品，轉載請註明出處。

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