新華社北京２月１５日電 題：聆聽宇宙之聲，中國有何作為？——專家解析中國引力波探測設想
新華社記者 吳晶晶
近日，美國“激光干涉引力波天文臺（ＬＩＧＯ）”第一次直接探測到引力波，證實了愛因斯坦引力理論的最后一項預言，震動世界。引力波探測為人類開啟了宇宙觀測的全新窗口，中國科學家將在其中有何作為？
怎樣才能探測到引力波？
美國麻省理工學院物理系研究員蘇萌介紹，一旦宇宙中某個地方產(chǎn)生了引力波信號，就好比大功率擴音喇叭在宇宙的某個角落喊一嗓子，這種時空的“震蕩”會以引力波的形式在宇宙間幾乎毫無阻力的傳播。如果離地球足夠近，就可以用“引力波天線”接受這些訊號。就像地球上時不時發(fā)生地震一樣，只要我們有一個好的“地震儀”就能探測到這些微乎其微的震蕩。
科學家們針對不同頻率的引力波信號源，建造了不同的引力波接收器，大致可以分為三類：
——這次宣布探測到引力波的ＬＩＧＯ科學合作組，目標是幾十到幾千赫茲的高頻段，主要的引力波信號源是中子星、恒星級黑洞等致密天體組成的雙星系統(tǒng)并合過程，探測手段就是地面數(shù)公里的激光干涉裝置。
——如果引力波的頻率提升到十萬分之一到一赫茲，對應的信號來源通常為質(zhì)量更小一些的大質(zhì)量黑洞并合過程的后期，可通過空間衛(wèi)星陣列來探測。歐洲空間局的ＬＩＳＡ項目就是以此為目標，計劃２０３５年左右上天開始收集數(shù)據(jù)，其首顆技術驗證星２０１５年底發(fā)射升空。
——第三類接收器針對的是一種更獨特的引力波，它不同于天體運動、演化形成的引力波，而是來自于宇宙早期，產(chǎn)生于宇宙大爆炸時宇宙時空劇烈的暴脹過程中，也就是“原初引力波”信號。它的探測需要對宇宙微波背景輻射進行觀測，一旦被探測到對基礎物理學意義更加重大。
“此次ＬＩＧＯ實驗在它的工作頻段證實引力波的存在，也就是說，引力波在其他廣泛的頻段都應該存在，如果在對應這些引力波頻段的探測上建造領先的實驗裝置，就會在未來的引力波科學大發(fā)現(xiàn)上占據(jù)先機。”蘇萌說。
中國的引力波探測如何行動？
實際上，早在上世紀７０年代，中國科學家就開始了引力波研究，但由于種種原因停滯了十幾年，造成了人才斷層。直到２００８年，在中科院力學所國家微重力實驗室胡文瑞院士的推動下，中國的引力波研究才再度開啟。
中科院高能物理研究所所長王貽芳院士說，“目前中國的引力波研究主要有兩個方向，一是由中山大學領銜的‘天琴計劃’，是去太空捕捉引力波；二是由中科院高能物理研究所主導的‘阿里實驗計劃’，目標是在地面探測原初引力波。這是兩個完全不同的研究方向和科學目標。”
“阿里實驗計劃”負責人、中科院高能所研究員張新民介紹，原初引力波太微弱，所以要選各種干擾盡量少的區(qū)域。目前，科學家在全球共選出了４個最佳觀測點，南半球是南極和智利阿塔卡馬沙漠，而北半球則在格陵蘭島和我國西藏阿里。
據(jù)介紹，中科院國家天文臺在阿里建設的觀測站位于阿里地區(qū)獅泉河鎮(zhèn)以南約２０公里處，海拔５１００米的山脊。這里海拔高、云量少、水汽低、透明度高，同時具備望遠鏡建設與運行基礎的臺址，提供了北半球最好的觀測臺址。
“阿塔卡馬沙漠和阿里都處于中緯度，掃過的天區(qū)面積比高緯度地區(qū)要大很多，未來阿里將成為北半球天區(qū)第一個地面觀測點，開啟北天區(qū)原初引力波觀測的新窗口，與南半球相呼應?！睆埿旅裾f。
王貽芳表示，由于國內(nèi)引力波研究基礎薄弱，所以阿里計劃將通過國際合作來實施，引進國際團隊，而我們也參與國際在南美的實驗，以此快速提升我們自己的研究能力。據(jù)透露，目前美國哈佛大學、麻省理工學院、芝加哥大學等都表示出積極合作意愿，中美有關方面已經(jīng)簽署了相關合作協(xié)議。
“阿里項目造價小，周期短，可望約５年內(nèi)出成果?！睆埿旅裾f。
而“天琴計劃”是去太空聆聽引力波的聲音。蘇萌介紹說，該計劃主要將分四階段實施：第一階段完成月球／衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)、大型激光陀螺儀等天琴計劃地面輔助設施；第二階段完成無拖曳控制、星載激光干涉儀等關鍵技術驗證，以及空間等效原理實驗檢驗；第三階段完成高精度慣性傳感、星間激光測距等關鍵技術驗證，以及全球重力場測量；第四階段完成所有空間引力波探測所需的關鍵技術，發(fā)射三顆地球高軌衛(wèi)星進行引力波探測。
據(jù)了解，完成全部四個子計劃，大約需要二十年的時間，投資大約１５０億元人民幣。目前，“天琴計劃”的部分基礎設施建設已經(jīng)啟動。
尋找引力波有什么意義？
科學家們花費這么大的精力去尋找引力波有什么用？會不會像科幻電影里那樣為我們打開“蟲洞”、開啟時間旅行帶來可能性？
蘇萌說，科學上講，引力波的發(fā)現(xiàn)為我們打開了研究宇宙的全新窗口，射電、光學、伽馬射線等電磁波譜研究宇宙都是來自于光子攜帶的信息，引力波攜帶著與電磁波截然不同的信息，將為我們揭示宇宙新的奧秘，比如黑洞與黑洞并合時的物理過程。如果能探測到宇宙大爆炸時發(fā)出的原初引力波，那將為我們揭示宇宙誕生之初的奧妙。
那它對普通人的生活會產(chǎn)生什么影響？科學家們表示，一個新的科學發(fā)現(xiàn)，總會給人類社會帶來無法預估的發(fā)展。百年前電磁波剛被發(fā)現(xiàn)的時候，也沒有人知道會給人類帶來什么，但是現(xiàn)在不管是電視機還是移動電話，都與電磁現(xiàn)象有關。
“現(xiàn)在的我們大概不會比一百年前人們剛發(fā)現(xiàn)電磁波時候的想象力好太多，引力波到底能多大程度上改變?nèi)祟惖纳?，讓一百年后我們的后代去體會吧！”蘇萌說。
?。蹋桑牵系陌l(fā)現(xiàn)讓我國科學家對中國引力波研究充滿期待。“目前在國際引力波探測領域，中國的影響幾乎為零，希望借此機會更大推動國內(nèi)引力波研究的發(fā)展?！蓖踬O芳說。
張新民認為，中國作為一個大國，這個領域不能是空白?！拔覀儽仨氉ゾo，創(chuàng)新而不是跟蹤，作出我們應有的貢獻。原初引力波仍未測出，國際合作空間依然很大。”
“ＬＩＧＯ的發(fā)現(xiàn)證明了引力波的存在，我們可以滿懷信心地去尋找不同波段的引力波，就像不同波段的電磁波譜一樣。如果能夠探測到原初引力波將是下一個引力波領域、宇宙學、高能物理的重大突破。”蘇萌說。
（來源：新華網(wǎng) 2016年02月15日）
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