科学助力 神器也神奇

在过去近10年的时间里，尽管圈子非常小，但一个全新的天文学领域正逐渐出现，那就是引力波天文学。和传统天文学使用天文望远镜对宇宙进行观测不同，引力波探测器使用的是激光和反射器，研究人员会让激光在两块呈直角方位的反射镜之间反射，并观察两束光波叠加时所呈现的干涉条纹特征。这正是位于美国的“激光干涉引力波天文台”（LIGO）所采用的做法。在2002—2010年运行时期，LIGO设施验证了其设计概念的可行性，随后经历了长达5年的关闭升级。直到2015年9月份，升级后的设施重新启用并被称作“先进LIGO”。

两条长臂的魔力

“先进LIGO”是有史以来人类建造的最先进的引力波观测设施。该项目有超过1 000名顶尖科学家参与其中，因而也使其成为规模最为庞大的引力波搜寻国际合作研究项目。从本质上而言，“先进LIGO”系统采用的探测手法是相当简单而直接的，它利用了引力波辐射的本性和它最重要的性质之一。引力波会造成空间的拉伸或压缩，其频率和强度取决于形成这种引力波的天文事件所具有的一系列特征，如2个相互绕转天体各自的质量大小、它们两者之间的间距以及这一系统距离地球的远近。“先进LIGO”设施包括2条互相垂直的长臂，长度均为4 000米。将一束激光用分光镜分成夹角为90°的2束，然后2束激光分别被4 000米外的反射镜反射回来并发生干涉，并且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，则会对这两束激光的波长频率产生影响，从而导致两束激光在叠加的干涉条纹上出现改变。这样的改变能够让科学家们判断两个绕转天体各自的质量大小、它们之间的间距以及这一系统与地球之间的距离等丰富的信息。

“先进LIGO”包括两处设施，分别位于美国西北部（华盛顿州）以及美国东南部（路易斯安那州）。如果这两处设施均观测到同样的信号，那么我们就能够肯定我们的确观测到了引力波信号。当前版本的LIGO系统对于质量在一倍太阳质量到数百倍太阳之间的2个黑洞合并过程可能产生的引力波信号最为敏感，且其探测能力可以覆盖距离地球数百万光年之外——在这样一个巨大的空间范围内，符合条件的黑洞合并事件每年至少会发生几次。

“新”字当头 意义非凡

引力波信号的成功探测，使人们共同见证了一个全新天文学时代的开端。这一消息所承载的意义将远远超出其本身——这是对爱因斯坦广义相对论的全新检验，也是人类历史上对引力辐射首次成功的直接探测。这将是一个全新的天文学领域，一个不需要望远镜的新的天文学领域，它将引领我们打开理解黑洞、中子星和其他难以采用传统方法进行观测的天体类型的全新视野。