圖為技術(shù)人員在關(guān)閉艙門抽制真空前檢查光學(xué)部件（新華社發(fā)）
本報(bào)記者 張蓋倫
2月11日，加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院以及“激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）”的研究人員在華盛頓舉行記者會(huì)宣布他們探測(cè)到引力波的存在。
13億年前，兩個(gè)恒星量級(jí)黑洞撞到了一起。
大約3倍于太陽(yáng)質(zhì)量的物質(zhì)，在不到1秒的時(shí)間內(nèi)，被轉(zhuǎn)化為引力波。這在時(shí)空中激蕩起的漣漪，以光的速度向外擴(kuò)散。
黑洞合并的交響曲已經(jīng)奏響，只是它幾乎無(wú)聲無(wú)息，混雜于所有噪聲中。
100年前，物理學(xué)家愛因斯坦做出了關(guān)于引力波的預(yù)言。時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)引導(dǎo)時(shí)空如何彎曲。當(dāng)物質(zhì)在時(shí)間的“水面”運(yùn)動(dòng)，水波便會(huì)蕩開。但他又說(shuō)，在所有能想得到的情況下，引力波的輻射都可以被忽略。
有多小呢？當(dāng)一列引力波向你走來(lái)，你便會(huì)經(jīng)歷一個(gè)忽高忽矮、忽胖忽瘦的神奇過(guò)程。但是這樣的一個(gè)變化幅度，大概為一個(gè)氫原子的五百億分之一那么微小。
不過(guò)人類并未因此放棄探測(cè)引力波。實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家約瑟夫·韋伯（Joseph Weber）用共振法尋找引力波，他自己發(fā)明了一種鋁制圓筒作為探測(cè)工具。上世紀(jì)60年代末，他宣稱引力波撞擊了這一探測(cè)器；但他實(shí)驗(yàn)結(jié)果從未再現(xiàn)，又無(wú)法解釋，因此未獲認(rèn)同。
但不管怎樣，追尋引力波的征程開始了。
又是幾年過(guò)去，1974年，兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一對(duì)脈沖雙星。這個(gè)星體由兩個(gè)在近距離軌道里相互纏繞的中子星組成，而且以愛因斯坦預(yù)測(cè)的速度螺旋式向內(nèi)靠攏——這是引力波存在的間接證據(jù)！神秘的引力波，現(xiàn)出了一個(gè)朦朧身影。
可是還不夠。20世紀(jì)90年代起，在世界各地，一批大型激光干涉引力波探測(cè)器開始籌建。它們是人類用來(lái)捕捉引力波音符的耳朵。
17年前，激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）在美國(guó)初步建成。一晃十年，它沒有探測(cè)到任何確定的引力波信號(hào)。2010年，LIGO開始對(duì)探測(cè)器進(jìn)行升級(jí)。2015年9月，靈敏度提升了十倍的升級(jí)版LIGO整裝再出發(fā)。長(zhǎng)臂中的激光再次不知疲倦反復(fù)奔跑，等待著引力波降臨，那個(gè)神奇的干涉圖紋的出現(xiàn)。
2015年9月14日，一個(gè)與往常并沒有什么分別的夜晚，人類終于捕捉到了13億年前黑洞合并奏出的那首交響曲的音符。他們給它取名為GW150914。愛因斯坦廣義相對(duì)論的最后一塊拼圖，被補(bǔ)上了。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2016年2月11日，LIGO科學(xué)合作組織向全世界宣布，人類首次直接探測(cè)到了引力波。
“我們今天慶祝的發(fā)現(xiàn)體現(xiàn)了基礎(chǔ)科學(xué)的悖論：它是辛苦的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮途徛?，又是震撼性的、革命性的和催化性的?！甭槭±砉W(xué)院校長(zhǎng)在給全校的信中如此寫道。
“存在的東西永遠(yuǎn)就在那里。只是我們不知道，它會(huì)在什么時(shí)間、什么地點(diǎn)以什么形式被發(fā)現(xiàn)。即使不是LIGO，歐洲的eLISA衛(wèi)星探測(cè)，法國(guó)和意大利等國(guó)合作的VIGRO探測(cè)器；德國(guó)的GEO 600 探測(cè)器，中國(guó)的阿里和天琴計(jì)劃……必然有一個(gè)項(xiàng)目，能探測(cè)到引力波?！?中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文系教授蔡一夫教授說(shuō)。
愛因斯坦的預(yù)言是對(duì)的，然后呢？
德國(guó)馬克斯·普朗克引力物理研究所博士生明鏡喜歡拿遠(yuǎn)古生物奇蝦打比方。這種生物，率先進(jìn)化出了可以真正“看到”東西的眼睛。“現(xiàn)在，我們看到了第二種光。人類從此有了第六感，就像有了超能力?！?/p>
引力波天文學(xué)的基礎(chǔ)是引力波探測(cè)，它是天體源物質(zhì)運(yùn)動(dòng)或質(zhì)量分布發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生的，在宇宙中更為普遍?！八梢蕴峁╇姶泡椛洳荒軘y帶的信息，探測(cè)到無(wú)法用電磁輻射或不具有電磁輻射的天體，為我們描繪出與（以電磁輻射為觀測(cè)基礎(chǔ)的）傳統(tǒng)天文學(xué)給出的完全不同的宇宙圖像”。明鏡說(shuō)。
這一發(fā)現(xiàn)同樣會(huì)讓物理學(xué)家振奮。物理學(xué)兩座金碧輝煌的大廈——廣義相對(duì)論和量子力學(xué)，在其各自領(lǐng)域巍巍聳立；但遺憾的是，它們似乎各自獨(dú)立，并無(wú)關(guān)聯(lián)。物理學(xué)家追尋著一種“大統(tǒng)一”，希望四種基本作用力（強(qiáng)力、弱力、電磁力和引力）能夠被納入一個(gè)統(tǒng)一模型?！耙Σň湍茏屗鼈儺a(chǎn)生交集，為它們架起橋梁?！辈桃环蛘f(shuō)。而明鏡也認(rèn)為，引力波或可以成為打開大統(tǒng)一理論的鑰匙。
當(dāng)然，LIGO探測(cè)到的，只是引力波的一種。美國(guó)麻省理工學(xué)院物理系研究員蘇萌介紹，針對(duì)不同天體物理與宇宙學(xué)起源的引力波信號(hào)，探測(cè)引力波的主要手段目前共有四種。
超大質(zhì)量黑洞并合時(shí)發(fā)出的引力波，對(duì)應(yīng)的頻率在百萬(wàn)分之一到一萬(wàn)分之一赫茲；科學(xué)家用若干精確校準(zhǔn)后的毫秒脈沖星在宇宙中排成校準(zhǔn)源陣列，利用地面的大型射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)尋找它；而針對(duì)十萬(wàn)分之一到一赫茲的引力波，則可用空間衛(wèi)星陣列，我國(guó)由中山大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的“天琴計(jì)劃”，正是該類型的引力波探測(cè)。
而此次地面激光干涉手段探測(cè)的引力波，目標(biāo)是幾十到幾千赫茲的高頻段，其主要信號(hào)源就是中子星、恒星級(jí)黑洞等致密天體組成的雙星系統(tǒng)并合過(guò)程。
還有一種，是在宇宙微波背景輻射中尋找原初引力波。
“宇宙的標(biāo)準(zhǔn)年齡是138億歲。這次我們知道了一個(gè)很小的區(qū)域在10多億年前是什么情況，但是宇宙剛形成的時(shí)候發(fā)生了什么呢？”蔡一夫說(shuō)，我們可以更有野心。
宇宙暴脹理論認(rèn)為，在大爆炸發(fā)生后的極短一瞬間，宇宙經(jīng)歷了一場(chǎng)快速膨脹，時(shí)空產(chǎn)生了劇烈擾動(dòng)。這一過(guò)程中產(chǎn)生的原初引力波就會(huì)在宇宙微波背景輻射（CMB）中留下可探測(cè)的印跡。CMB是宇宙的第一縷光，它是宇宙創(chuàng)生大概在38萬(wàn)年時(shí)的樣子。尋找原初引力波，就是要在這一微波背景輻射找到引力波的獨(dú)特印記——光的B模式偏振。
南極是地球上觀測(cè)微波背景輻射的最佳地點(diǎn)之一。然而南極緯度太高，能看到的天區(qū)也是“猶抱琵琶半遮面”。至于北半球的最佳觀測(cè)點(diǎn)，在格陵蘭島和我國(guó)西藏阿里地區(qū)。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所正在主導(dǎo)推動(dòng)阿里CMB探測(cè)計(jì)劃。該計(jì)劃負(fù)責(zé)人張新民表示，阿里地區(qū)大氣透射率高，水汽含量少，而和格陵蘭島相比，它已經(jīng)具備了完善的臺(tái)址條件，“西藏阿里建設(shè)望遠(yuǎn)鏡，可見天區(qū)比格陵蘭要大一倍，我們占了天時(shí)地利?！?/p>
科學(xué)家期待著，在海拔5000多米的阿里，去破譯“宇宙如何誕生”的密碼。中科院高能物理研究所副研究員李虹介紹，該項(xiàng)目計(jì)劃通過(guò)中美合作模式，領(lǐng)導(dǎo)建設(shè)北半球首臺(tái)CMB望遠(yuǎn)鏡，實(shí)現(xiàn)北天區(qū)首次CMB高靈敏探測(cè)。
“現(xiàn)在能聽到一個(gè)音符，我們將來(lái)會(huì)一首首地記錄宇宙的交響樂?！碧K萌如此展望。
科學(xué)家期待著，在海拔5000多米的阿里，去破譯“宇宙如何誕生”的密碼。中科院高能物理研究所副研究員李虹介紹，該項(xiàng)目計(jì)劃通過(guò)中美合作模式，領(lǐng)導(dǎo)建設(shè)北半球首臺(tái)CMB望遠(yuǎn)鏡，實(shí)現(xiàn)北天區(qū)首次CMB高靈敏探測(cè)。
原文鏈接：http://www.wokeji.com/jbsj/yb/201602/t20160214_2223053.shtml
?。萍既?qǐng)?bào)北京2月13日電）
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