黑洞玩合体引力波来袭

13亿年前，两个宇宙中的重量级选手——黑洞遇到了一起，它们惺惺相惜，最终选择合体，形成了一个更加巨大的黑洞。在它们合体的时候，迸发

出了巨大的能量波……这些能量不停地在宇宙中扩散、扩散、扩散……终于在2015年9月14日，人类感受到了这份震颤。北京时间2016年2月11日23点30分，美国国家科学基金会（NSF）宣布人类首次直接探测到了引力波，印证了爱因斯坦的预言。

看完上面这段文字，你是不是觉得信息量太大？引力波是什么？黑洞真的存在吗？本期特别关注，我们就一起聊聊这发生在天文学界的最新发现。

什么是引力波？

在物理学上，引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动。如石头丢进水里产生的波纹一样，引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”。这种波可以造成空间的拉伸和压缩。当然，通常引力波的产生非常困难，地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进，发出的引力波功率仅为200瓦，还不如家用电饭锅的功率大。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件才可能形成强大的引力波。但能产生这种较强引力波的波源距离地球都十分遥远，往往传播到地球上时，也已经非常微弱了。

如果石头对水波的影响你还是不容易理解，你可以想象有一张很大、很平整的橡胶膜，一只蚂蚁、一只兔子以及一个人分别在这张橡胶膜上跳动。因为蚂蚁、兔子和人的质量不同，所以橡胶膜发生的变化也不一样。蚂蚁质量小，虽然拼命跳动，橡胶膜的形变还是微乎其微。而人在上面跳过，橡胶膜每一次都会有较大的波动。

如何探测引力波——先进的LIGO探测器

橡胶膜的形变是我们比较容易观测到的，但引力波造成的空间“形变”测起来却非常困难。因为引力波引起的空间变形非常微小，不能用常规的测量工具去测量。这该怎么办呢？

一起来看看这次探测到引力波的美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）是如何做到的吧。

“先进LIGO”设施包括两条互相垂直的L型长臂，长度均为4千米。将一束激光用分光镜分成夹角为90°的两束，然后两束激光分别被4千米外的反射镜反射回来并发生干涉，这样的反射可以来回进行多次，从而大大增加激光运行的路径长度。由于光的频率和波长完全一致，在正常情况下，这两束激光应该是完全相同的，但是如果存在引力波作用，激光跑过的路程被引力波拉长或者压短，而无论时空如何变化，光速是不变的，这样，激光通过两条互相垂直的L型长臂的时间长度就会发生变化，从而影响探测器的结果。理论上，测量到了这些变化，科学家们就相当于测量到了引力波。

强烈合体，引发强烈引力波

介绍完了引力波，大家一定会好奇，黑洞是什么？为什么黑洞碰撞在一起就能发出强烈的引力波呢？下面就介绍一下天文学中大名鼎鼎的黑洞。

黑洞，并不是一个洞，它也是一个充满神秘色彩的天体。凡是接近这个天体的物质会全部被吞噬，就连光线也无法从其势力范围中逃脱。由于没有光线能发射出来，人们就看不见它，所以称它为“黑洞”（想了解关于黑洞的更多信息，请看本期“糯米团团”《最“好吃”的天体——黑洞》）。

早在13亿年前，在距离地球13亿光年之外有两个黑洞，其中一个黑洞的质量相当于29个太阳的质量，另一个黑洞的质量相当于36个太阳的质量。这两个黑洞由于某种原因慢慢靠近，最终合体。在它们合体的过程中，有3个太阳质量的能量以引力波的形式释放出去……这些引力波经过长达13亿年的漫长旅行，终于达到了地球，并且被LIGO探测到。

引力波的探测意义

引力波天文学将是继传统电磁波天文学、宇宙线天文学和中微子天文学之后，人类认识宇宙的全新窗口，必将引发一场天文学革命。引力波像其他的波一样，携带着能量和信息。电磁波（宇宙背景微波辐射）只能让我们看到大爆炸38万年之后的景象，而引力波能够让我们回望宇宙大爆炸最初的瞬间，检验宇宙大爆炸理论的正确与否。

我国重大引力波探测工程“天琴计划”

我国本土重大引力波探测工程“天琴计划”已于2015年7月份正式启动，部分关键技术研究已有具体进展，目前正在立项中。

据了解，中山大学“天琴计划”是以引力波研究为中心，开展空间引力波探测计划任务的预先研究，制定中国空间引力波探测计划的实施方案和路线图，并开展关键技术研究。该计划如果完成，大约需要20年的时间，投资大约150亿元人民币。