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在美国路易斯安那州利文斯顿地区附近 ， 有个4000米长的激光探测器 。 距此处3000千米外的华盛顿州南部汉福德也有个相同的4000米长的激光探测器 。 美国东部夏令时2015年9月14日5点51分 ， 利文斯顿探测器感受到震动；6.9毫秒之后(不到百分之一秒)汉福德探测器也接收到相同的震动 。 一时间 ， 科学家们欢呼雀跃 ， 他们知道 ， 毫无疑问 ， 这就是引力波——一种时空上的巨大涟漪 ， 这是100年前爱因斯坦预测存在的宇宙事件 。
艺术家笔下的黑洞合并事件
这个引力波来源于一场惊天动地的宇宙大事件 。 事件发生在距离地球13亿光年远的一个星系里 ， 算起来 ， 在事件发生的时候 ， 地球上最复杂的生命体还是细菌呢 。 在这个星系里 ， 两个巨型怪兽一般的黑洞相互束缚住了对方、开始死亡旋转 ， 最终拥抱在一起合为一体 。 当两个黑洞合并时 ， 相当于太阳质量三倍重量的物质瞬间消失 ， 释放出的能量扭曲了时空 ， 在时空里制造出巨大的涟漪如同海啸一般以光速向外扩散 。
艺术家笔下的黑洞合并事件
引力波是由爱因斯坦的广义相对论推导而出的 。 在宇宙中 ， 当两个黑洞融合成一个更大的黑洞时就会扭曲时空 ， 就如同水面上的涟漪 ， 在时空连续体上不断扩散传播 ， 这就是引力波 。 这些引力波所释放出的能量相当于整个宇宙所有星体50倍的能量 。 换句话说 ， 如果黑洞融合能发出可见的光芒而不是引力波 ， 那么它将照亮整个宇宙 ， 这是有史以来人类观测到的最为宏大的宇宙事件 。
艺术家笔下的黑洞合并事件
现代物理学告诉我们 ， 只要物质加速便会产生引力波 ， 只是能量大小不同产生的效应也就强弱不同 。 你现在挥一挥你的手 ， 你就制造出了引力波 ， 它就像湖面的涟漪一般扩散开来 。 但问题是 ， 你发出的引力波太微弱了 ， 没有任何引力波探测器具有如此灵敏度探测到它 ， 而只有壮烈如黑洞融合这样的宇宙大事件才能在时空上产生出明显的波纹才能够被引力波探测器检测到 。
汉福德引力波天文台鸟瞰
然而就像湖面的涟漪一般 ， 由黑洞合并事件产生的引力波很快就会变得微弱并逐渐平息 。 当黑洞融合产生的引力波于2015年9月14日抵达地球时 ， 它已然穿越了13光亿年远的漫长星际旅途 ， 变得十分微弱 。 当引力波路过利文斯顿和汉福德两处4000米长的探测器时 ， 引力波使探测器交替延伸和收缩——尺寸仅为原子直径的一亿分之一！人类的激光干涉引力波天文台(LIGO)能观测到如此微小的变化也真是让人称奇 。
利文斯顿引力波天文台鸟瞰
说实话 ， 激光干涉引力波天文台的确是个黑科技 。 两处探测器现场都有两组直径12米的中通管道 ， 两组管道拼接成L形的探测器 。 1兆瓦激光在探测器的真空管道中通行 ， 其真空效果比星际空间还要高 。 在每一处端口 ， 激光都会被一面42千克的镜子反射回来 ， 镜子仅为头发丝两倍厚度 ， 由玻璃纤维悬挂起来 。 镜面十分光滑 ， 能反射99.999%的光 。 正是这些悬空的镜子的微小移动 ， 提示着我们有引力波路过 。 探测器十分灵敏 ， 以至于发生在中国的一场地震都让它失去了平衡 。
在真空系统中安装LIGO悬浮镜
【人类制造出的最伟大的黑科技，观测到了最宏大的宇宙事件】为了能探测到引力波 ， 激光干涉引力波天文台的科学家们需要完成一项艰巨的任务：测量出4000米探测器中产生的1/1000000000000000000000的变化量 。 科学家们做到了 ， 因此 ， 2017年诺贝尔物理学奖毫无争议地颁发给三位引力波探测实验的先驱科学家:雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(Kip Thorne)和巴里·巴里什(Barry Barish) 。
无论怎样形容直接观测到引力波的伟大都不过分 。 引力波的发现 ， 对物理学家和天文学家而言是一种奇妙的感受：一直以来 ， 我们只能看见宇宙 ， 现在我们终于可以倾听宇宙了 ， 引力波就是宇宙的声音 。 如果说引力波的发现是自1609年伽利略发明望远镜以来天文史上最为重要的成就 ， 我想也毫不为过 。
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