美國(guó)東部時(shí)間2月11日上午，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)與來(lái)自加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院以及科學(xué)合作組織“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO）的科學(xué)家在華盛頓全國(guó)新聞中心共同宣布，LIGO于去年9月14日首次探測(cè)到引力波，證實(shí)了愛(ài)因斯坦100年前所做的預(yù)測(cè)，彌補(bǔ)了廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的“拼圖”。
引力波是一種時(shí)空漣漪，如同石頭被丟進(jìn)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(shí)產(chǎn)生。早在1915年，愛(ài)因斯坦就曾預(yù)言了引力波的存在。迄今為止，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論中有關(guān)“光線的彎曲”“水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)”以及“引力紅移效應(yīng)”等預(yù)言都已獲證實(shí)，唯有引力波一直徘徊在科學(xué)家的“視線”之外。
在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助下，麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院聯(lián)合建設(shè)了LIGO，并從2003年開(kāi)始收集數(shù)據(jù)。LIGO由兩套干涉儀組成，是兩個(gè)互相垂直的L形排列的干涉臂，臂長(zhǎng)均為4000米。LIGO干涉儀的工作原理是，在兩臂交會(huì)處，從激光光源發(fā)出的光束被一分為二，分別進(jìn)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(diǎn)，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(hào)，其記錄將只出現(xiàn)在一臺(tái)干涉儀中，而真正的引力波信號(hào)則會(huì)被兩臺(tái)干涉儀同時(shí)記錄。
目前世界上共有4個(gè)引力波探測(cè)器，其中3個(gè)部署在美國(guó)，即華盛頓州漢福德市的兩個(gè)和路易斯安那州利文斯頓市的一個(gè)。
開(kāi)啟人類探索宇宙的大門(mén)
美國(guó)東部時(shí)間2015年9月14日5時(shí)50分45秒，位于利文斯頓的引力波探測(cè)器首先傳出撞擊聲。7毫秒后，漢福德的探測(cè)器也傳出撞擊聲。這意味著后來(lái)被命名為GW150914的引力波傳到了地球，并被兩個(gè)天文臺(tái)探測(cè)到。LIGO認(rèn)為，此次探測(cè)到的引力波是由兩個(gè)黑洞合并引發(fā)的。這兩個(gè)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(gè)質(zhì)量分別為太陽(yáng)質(zhì)量29倍、36倍的黑洞，在合并的過(guò)程中釋放出約3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的能量，其產(chǎn)生的引力波經(jīng)13億年的漫長(zhǎng)傳播最終抵達(dá)地球。
科學(xué)界普遍認(rèn)為，引力波的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)、天文學(xué)研究的一項(xiàng)重大突破，開(kāi)啟了人類探索宇宙的一扇大門(mén)，甚至可能揭開(kāi)宇宙誕生的奧秘。
LIGO創(chuàng)始者之一、麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授雷納·維斯說(shuō)，“引力波的發(fā)現(xiàn)完美地印證了愛(ài)因斯坦在100年前的預(yù)言”。
英國(guó)著名理論物理學(xué)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(cè)到引力波的這種能力，很有可能引發(fā)天文學(xué)革命?！?/p>
哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)教授紹博爾齊·馬爾卡則形象地比喻說(shuō)，此前人類的天文學(xué)發(fā)現(xiàn)都好似“眼睛”，而引力波的發(fā)現(xiàn)意味著人類長(zhǎng)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(xué)家共同努力的結(jié)果
此間輿論指出，美國(guó)科學(xué)家之所以能完成發(fā)現(xiàn)引力波這一“重大里程碑”，開(kāi)啟觀測(cè)宇宙的一個(gè)新窗口，源自于堅(jiān)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(guó)科學(xué)家前赴后繼、不懈努力的成果。早在20世紀(jì)60年代，馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)家韋伯首先提出了一種共振型引力波探測(cè)器，立刻引起了學(xué)界的轟動(dòng)，但是后來(lái)的重復(fù)實(shí)驗(yàn)都一無(wú)所獲。自1974年，泰勒和赫爾斯對(duì)雙星系統(tǒng)的軌道進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，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(xué)獎(jiǎng)。而從1991年至今，共有來(lái)自加州理工、麻省理工、清華大學(xué)、臺(tái)灣新竹清華大學(xué)等10多個(gè)國(guó)家和地區(qū)90多所高校的1000名科學(xué)家參與了LIGO的日常探測(cè)和研究。LIGO發(fā)言人、物理學(xué)教授蓋普瑞拉·岡薩雷茲表示，“這是全球科學(xué)家共同努力的結(jié)果”。
引力波的發(fā)現(xiàn)也體現(xiàn)了科學(xué)界一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)精神。有關(guān)LIGO發(fā)現(xiàn)引力波的傳言已在物理學(xué)界傳播了幾個(gè)月，最早透露這一消息的是美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)物理學(xué)家克勞斯。不過(guò)，傳言一直未獲得LIGO項(xiàng)目組證實(shí)。LIGO項(xiàng)目科學(xué)家稱，他們花了幾個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證，這也是為什么去年9月探測(cè)到引力波信號(hào)，卻拖到今年2月才宣布的主要原因。從20世紀(jì)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(xué)家基普·托恩說(shuō)，“就在幾天前，我還瞞著我的妻子”。
LIGO的成功離不開(kāi)巨大的研究經(jīng)費(fèi)支持。據(jù)《華盛頓郵報(bào)》報(bào)道，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助了LIGO項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行。過(guò)去幾十年，該基金會(huì)為此項(xiàng)目共提供了11億美元經(jīng)費(fèi)。2002年至2010年，LIGO項(xiàng)目進(jìn)展雖遭遇瓶頸，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)并未放棄，并于去年秋天向LIGO再投入2億美元重新設(shè)計(jì)干涉儀以提升其敏感度。之后，重新開(kāi)始搜尋工作的LIGO科學(xué)家們終于“聽(tīng)到了聲音”。
引力波的發(fā)現(xiàn)也不乏“趣聞”。據(jù)美國(guó)《科學(xué)》雜志披露，在LIGO工作的1000多位科學(xué)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(hào)。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(lái)自意大利帕多瓦，目前，德拉戈什在為L(zhǎng)IGO探測(cè)提供數(shù)據(jù)分析的德國(guó)漢諾威馬克斯·普蘭克重力物理學(xué)研究院工作。由于德拉戈什出版過(guò)兩本科幻小說(shuō)，因此整個(gè)LIGO團(tuán)隊(duì)一度還曾“善意地猜測(cè)”，其發(fā)現(xiàn)有可能是“幻想出來(lái)的”。不過(guò)，很快，大家都開(kāi)始一起為德拉戈什以及整個(gè)團(tuán)隊(duì)保守這個(gè)“令人興奮的秘密”，直至2月11日“激動(dòng)人心的時(shí)刻”到來(lái)。（光明日?qǐng)?bào)華盛頓2月12日電 光明日?qǐng)?bào)駐華盛頓記者 韓顯陽(yáng)）
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清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)亦有貢獻(xiàn)
光明日?qǐng)?bào)北京2月12日電（記者鄧暉）2月11日，科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)引力波，廣義相對(duì)論最后預(yù)言獲證。記者12日從清華大學(xué)獲悉，作為目前中國(guó)大陸唯一一個(gè)LIGO科學(xué)合作組織成員（以下簡(jiǎn)稱LSC），清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在引力波的成功探測(cè)中作出貢獻(xiàn)。
據(jù)介紹，清華研究團(tuán)隊(duì)主要與麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院和西澳大利亞大學(xué)等LSC成員合作開(kāi)展工作，著重采用先進(jìn)計(jì)算技術(shù)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(guān)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(shí)現(xiàn)低延遲實(shí)時(shí)致密雙星并合信號(hào)的搜尋；采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法加強(qiáng)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(tuán)隊(duì)還參與構(gòu)建引力波數(shù)據(jù)計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)分析軟件工具為L(zhǎng)SC成員廣泛使用。這一工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委和清華大學(xué)自主科研計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
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