大年初四，2016年2月11日，注定是不平凡的一天！今晚，北京時(shí)間23點(diǎn)30分，美國國家自然科學(xué)基金會將攜加州理工、麻省理工和LIGO科學(xué)合作組織（LSC）的專家向全世界宣布：美國的LIGO（激光干涉引力波天文臺）首次直接探測到了引力波。
引力波的發(fā)現(xiàn)，是在愛因斯坦提出相對論100周年以后對廣義相對論這一理論本身的一個(gè)重要肯定。
早在1月13日，清華大學(xué)尹璋琦博士就分享了一個(gè)消息：Rumor claims gravitational waves have been detected at LIGO ，此文發(fā)表在IFLSCIENCE ，作者是Stenphen luntz。
引力波的基礎(chǔ)理論來自廣義相對論中的引力輻射理論，相對論中預(yù)言了引力波會產(chǎn)生于強(qiáng)引力場的天體事件。
有趣的是宇宙中的強(qiáng)引力場天體非常之多，比如超大質(zhì)量黑洞合并，脈沖星自轉(zhuǎn)、超新星爆發(fā)等都是引力波的強(qiáng)有力來源。
引力波與電磁波不同，比如引力波無法通過電磁輻射直接觀測，引力波與宇宙中物質(zhì)的相互作用是非常微弱的，可以傳播至很遠(yuǎn)的宇宙空間。
超大質(zhì)量黑洞合并，脈沖星自轉(zhuǎn)、超新星爆發(fā)等都是引力波的強(qiáng)有力來源。
激光干涉引力波天文臺（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，縮寫為LIGO），在美國的華盛頓漢福德與路易斯安娜州之間有兩個(gè)探測器，呈現(xiàn)L型排列，利用邁克耳遜干涉儀原理進(jìn)行測量引力波。
L型測量臂很長，達(dá)到4公里，兩個(gè)測量臂垂直排列，兩端各有反射鏡面?？茖W(xué)家認(rèn)為激光在測量反射臂上來回反射，如果干涉條紋發(fā)生了變化，就說明探測到了引力波事件。
LIGO外觀
2005年之后，激光干涉引力波天文臺再次進(jìn)行了升級，使用更高功率的激光器和避震措施，降低誤差。
根據(jù)現(xiàn)在已有的消息，造成此次探測到的引力波是兩個(gè)分別為29倍太陽質(zhì)量與36倍太陽質(zhì)量的黑洞，并合形成一個(gè)62倍太陽質(zhì)量的黑洞，最終成為Kerr黑洞。傳播速度跟光速一致！
看到這里，也許你會問，合并后的黑洞為什么損失了3個(gè)太陽質(zhì)量？
原來，在兩個(gè)黑洞相互接近繞轉(zhuǎn)的過程中，根據(jù)廣義相對論的數(shù)學(xué)物理推導(dǎo)，這是一個(gè)隨時(shí)間變化的四極矩，因此會不斷朝外輻射引力波，而引力波的輻射會把兩個(gè)黑洞之間的引力勢能降低，所以兩個(gè)黑洞的距離會變小。
這是一個(gè)典型的正反饋過程，隨著兩個(gè)黑洞的距離變小，它們之間相互繞轉(zhuǎn)的頻率會變得更快，就好像是在舞池上的兩個(gè)芭蕾舞演員，最后他們會抱在一起——這就是兩個(gè)黑洞碰撞并合在了一起，這一過程會放出大量的引力波能量，損失的那3個(gè)太陽質(zhì)量就是變成引力波輻射出去的。
這一輻射的能量有多大，通過愛因斯坦的著名質(zhì)能方程E=MC2計(jì)算可知，這相當(dāng)于數(shù)以億億億億計(jì)的原子彈同時(shí)爆炸，其威力相當(dāng)驚人，整個(gè)空間都在顫動(dòng)。這一顫動(dòng)也在13億年后傳到了地球——這就是目前LIGO探測到的引力波。
引力波的發(fā)現(xiàn)意義重大，從科學(xué)意義上看，引力波可以直接與宇宙大爆炸連接。廣義相對論中預(yù)言的引力波也可以產(chǎn)生于宇宙大爆炸中，這就是說大爆炸之初的引力波在137億年后的今天仍然可以探測到。
一旦我們發(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸時(shí)期的引力波，就可以揭開宇宙的各種謎團(tuán)，甚至了解宇宙的開端和運(yùn)行機(jī)制。因此也有這樣的說法，如果引力波的發(fā)現(xiàn)被確定，那么幾乎可以肯定會入選諾貝爾獎(jiǎng)。
1993年的諾貝爾獎(jiǎng)就是授予了間接發(fā)現(xiàn)引力波存在的科學(xué)家，當(dāng)時(shí)兩位科學(xué)家泰勒和赫爾斯對脈沖星雙星系統(tǒng)PSR1913+16進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其系統(tǒng)內(nèi)有兩顆中子星，它們快速圍繞對方公轉(zhuǎn)，最終發(fā)現(xiàn)了引力波間接證據(jù)。
一旦我們發(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸時(shí)期的引力波，就可以揭開宇宙的各種謎團(tuán)，甚至了解宇宙的開端和運(yùn)行機(jī)制
在電磁波被發(fā)現(xiàn)100多年以后的今天，引力波被找到了。它是唯一可以在高維時(shí)空中傳遞的波，這點(diǎn)與電磁波完全不同，對引力波的深入研究可以帶給我們對大尺度時(shí)空結(jié)構(gòu)信息的全面深入了解。
毫無疑問的是，引力波的穿透能力比中微子還要強(qiáng)，它也許真能像科幻小說《三體》中描述的那樣，被人類用于星際通訊領(lǐng)域。
— THE END —
來源：蝌蚪五線譜（kedo2011），灼見經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
灼見
講新知識青年的故事
聚合有穿透力的思想觀點(diǎn)
聚合有愉悅感的藝術(shù)作品
微信：penetratingview 今日頭條：灼見
