科學家宣布探測到引力波 廣義相對論最后預言獲證

　　美國東部時間2月11日上午，美國國家科學基金會與來自加州理工學院、麻省理工學院以及科學合作組織“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）的科學家在華盛頓全國新聞中心共同宣布，LIGO于去年9月14日首次探測到引力波，證實了愛因斯坦100年前所做的預測，彌補了廣義相對論實驗驗證中最后一塊缺失的“拼圖”。

　　引力波是一種時空漣漪，如同石頭被丟進水里產(chǎn)生的波紋，在黑洞合并、脈沖星自轉(zhuǎn)以及超新星爆發(fā)時產(chǎn)生。早在1915年，愛因斯坦就曾預言了引力波的存在。迄今為止，愛因斯坦的廣義相對論中有關“光線的彎曲”“水星近日點進動”以及“引力紅移效應”等預言都已獲證實，唯有引力波一直徘徊在科學家的“視線”之外。

　　在美國國家科學基金會資助下，麻省理工學院、加州理工學院聯(lián)合建設了LIGO，并從2003年開始收集數(shù)據(jù)。LIGO由兩套干涉儀組成，是兩個互相垂直的L形排列的干涉臂，臂長均為4000米。LIGO干涉儀的工作原理是，在兩臂交會處，從激光光源發(fā)出的光束被一分為二，分別進入互相垂直并保持超真空狀態(tài)的兩空心圓柱體內(nèi)，然后被終端的鏡面反射回原出發(fā)點，并在那里發(fā)生干涉。如果是微小變化、微弱地震和其他干擾信號，其記錄將只出現(xiàn)在一臺干涉儀中，而真正的引力波信號則會被兩臺干涉儀同時記錄。

　　目前世界上共有4個引力波探測器，其中3個部署在美國，即華盛頓州漢福德市的兩個和路易斯安那州利文斯頓市的一個。

　　開啟人類探索宇宙的大門

　　美國東部時間2015年9月14日5時50分45秒，位于利文斯頓的引力波探測器首先傳出撞擊聲。7毫秒后，漢福德的探測器也傳出撞擊聲。這意味著后來被命名為GW150914的引力波傳到了地球，并被兩個天文臺探測到。LIGO認為，此次探測到的引力波是由兩個黑洞合并引發(fā)的。這兩個直徑約為150公里的黑洞不斷靠近、旋轉(zhuǎn)，并最終以1/2倍光速的速度相撞后“合二為一”。這兩個質(zhì)量分別為太陽質(zhì)量29倍、36倍的黑洞，在合并的過程中釋放出約3個太陽質(zhì)量的能量，其產(chǎn)生的引力波經(jīng)13億年的漫長傳播最終抵達地球。

　　科學界普遍認為，引力波的發(fā)現(xiàn)是物理學、天文學研究的一項重大突破，開啟了人類探索宇宙的一扇大門，甚至可能揭開宇宙誕生的奧秘。

　　LIGO創(chuàng)始者之一、麻省理工學院物理學教授雷納·維斯說，“引力波的發(fā)現(xiàn)完美地印證了愛因斯坦在100年前的預言”。

　　英國著名理論物理學家斯蒂芬·霍金表示：“引力波提供了一種人們看待宇宙的全新方式。（人類）探測到引力波的這種能力，很有可能引發(fā)天文學革命。”

　　哥倫比亞大學物理學教授紹博爾齊·馬爾卡則形象地比喻說，此前人類的天文學發(fā)現(xiàn)都好似“眼睛”，而引力波的發(fā)現(xiàn)意味著人類長了“耳朵”，“引力波所攜帶的大量信息，可以幫助科研人員更好地了解黑洞”。

　　全球科學家共同努力的結(jié)果

　　此間輿論指出，美國科學家之所以能完成發(fā)現(xiàn)引力波這一“重大里程碑”，開啟觀測宇宙的一個新窗口，源自于堅持不懈的探索精神和巨大的科研資金投入。

　　引力波的發(fā)現(xiàn)是世界各國科學家前赴后繼、不懈努力的成果。早在20世紀60年代，馬里蘭大學的物理學家韋伯首先提出了一種共振型引力波探測器，立刻引起了學界的轟動，但是后來的重復實驗都一無所獲。自1974年，泰勒和赫爾斯對雙星系統(tǒng)的軌道進行了長時間觀測，發(fā)現(xiàn)了引力波存在的間接證據(jù)，并因此獲得1993年諾貝爾物理學獎。而從1991年至今，共有來自加州理工、麻省理工、清華大學、臺灣新竹清華大學等10多個國家和地區(qū)90多所高校的1000名科學家參與了LIGO的日常探測和研究。LIGO發(fā)言人、物理學教授蓋普瑞拉·岡薩雷茲表示，“這是全球科學家共同努力的結(jié)果”。

　　引力波的發(fā)現(xiàn)也體現(xiàn)了科學界一絲不茍的嚴謹精神。有關LIGO發(fā)現(xiàn)引力波的傳言已在物理學界傳播了幾個月，最早透露這一消息的是美國亞利桑那州立大學物理學家克勞斯。不過，傳言一直未獲得LIGO項目組證實。LIGO項目科學家稱，他們花了幾個月的時間進行驗證，這也是為什么去年9月探測到引力波信號，卻拖到今年2月才宣布的主要原因。從20世紀60年代就加入到探尋引力波的LIGO創(chuàng)始人之一、理論物理學家基普·托恩說，“就在幾天前，我還瞞著我的妻子”。

　　LIGO的成功離不開巨大的研究經(jīng)費支持。據(jù)《華盛頓郵報》報道，美國國家科學基金會資助了LIGO項目建設和運行。過去幾十年，該基金會為此項目共提供了11億美元經(jīng)費。2002年至2010年，LIGO項目進展雖遭遇瓶頸，美國國家科學基金會并未放棄，并于去年秋天向LIGO再投入2億美元重新設計干涉儀以提升其敏感度。之后，重新開始搜尋工作的LIGO科學家們終于“聽到了聲音”。

　　引力波的發(fā)現(xiàn)也不乏“趣聞”。據(jù)美國《科學》雜志披露，在LIGO工作的1000多位科學家中，馬克·德拉戈什最早發(fā)現(xiàn)了期待已久的引力波信號。德拉戈什今年33歲，是一名熱衷于彈奏古典鋼琴的博士后，來自意大利帕多瓦，目前，德拉戈什在為LIGO探測提供數(shù)據(jù)分析的德國漢諾威馬克斯·普蘭克重力物理學研究院工作。由于德拉戈什出版過兩本科幻小說，因此整個LIGO團隊一度還曾“善意地猜測”，其發(fā)現(xiàn)有可能是“幻想出來的”。不過，很快，大家都開始一起為德拉戈什以及整個團隊保守這個“令人興奮的秘密”，直至2月11日“激動人心的時刻”到來。（光明日報華盛頓2月12日電 光明日報駐華盛頓記者 韓顯陽） 

　　鏈接

　　清華大學研究團隊亦有貢獻

　　光明日報北京2月12日電（記者鄧暉）2月11日，科學家宣布發(fā)現(xiàn)引力波，廣義相對論最后預言獲證。記者12日從清華大學獲悉，作為目前中國大陸唯一一個LIGO科學合作組織成員（以下簡稱LSC），清華大學研究團隊在引力波的成功探測中作出貢獻。

　　據(jù)介紹，清華研究團隊主要與麻省理工學院、加州理工學院和西澳大利亞大學等LSC成員合作開展工作，著重采用先進計算技術提高引力波數(shù)據(jù)分析的速度和效率，參與了LSC引力波暴和數(shù)據(jù)分析軟件等工作組相關研究，主要研究成果包括GPU加速引力波暴數(shù)據(jù)分析和實現(xiàn)低延遲實時致密雙星并合信號的搜尋；采用機器學習方法加強引力波數(shù)據(jù)噪聲的分析；分析引力波事件顯著性的系統(tǒng)誤差等。清華研究團隊還參與構建引力波數(shù)據(jù)計算基礎平臺，開發(fā)的數(shù)據(jù)分析軟件工具為LSC成員廣泛使用。這一工作獲得了國家自然科學基金委和清華大學自主科研計劃項目的支持。