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美國(guó)路易斯安那州的激光干涉引力波天文臺(tái)。新華社發(fā)

《星際穿越》中的情景原來(lái)真的存在，利用引力波，不同維度的時(shí)空可以相互傳遞信息。當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月11日，加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院以及“激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)”的研究人員在華盛頓宣布探測(cè)到引力波。預(yù)言百年，苦尋幾十年，這是人類首次直接探測(cè)到引力波，也成為愛因斯坦廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失“拼圖”。

引力波來(lái)自兩黑洞碰撞

據(jù)了解，引力波如一種時(shí)空漣漪，類似石頭被丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋。黑洞、中子星等天體在碰撞過(guò)程中均產(chǎn)生引力波。此次研究人員直接探測(cè)到的引力波，就是來(lái)自于兩個(gè)黑洞的碰撞。

去年9月14日，研究人員利用LIGO探測(cè)器探測(cè)到兩個(gè)黑洞合并的引力波，也是首個(gè)位于地球之外13億光年的引力波源GW150914。據(jù)研究人員估計(jì)，兩個(gè)黑洞的質(zhì)量分別相當(dāng)于36個(gè)與29個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，合并后的總質(zhì)量為62個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。也就是說(shuō)，合并過(guò)程中，有3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的能量以引力波的形式釋放。

清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)作出貢獻(xiàn)

清華大學(xué)昨日表示，作為中國(guó)大陸唯一LIGO科學(xué)合作組織成員，清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)作出貢獻(xiàn)。

2009年LSC(LIGO科學(xué)合作組織)接受清華大學(xué)為正式成員。據(jù)了解，研究團(tuán)隊(duì)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。

華中科技大學(xué)物理學(xué)院教授、精密物理量測(cè)量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任葉賢基表示，目前國(guó)內(nèi)做引力波理論研究的比較多，做相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究團(tuán)隊(duì)比較少。這次發(fā)現(xiàn)相信會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)引力波研究有很大的推動(dòng)，相信更多的科學(xué)家會(huì)加入到實(shí)驗(yàn)的隊(duì)伍當(dāng)中。

■ 釋疑

引力波是如何被探測(cè)到的？

在愛因斯坦預(yù)言引力波百年后，這是人類首次直接探測(cè)到引力波。根據(jù)愛因斯坦計(jì)算，引力波強(qiáng)度微弱，探測(cè)困難，但研究人員從未停止尋找。

據(jù)了解，此次探測(cè)，研究人員分別在美國(guó)兩州之間設(shè)置兩個(gè)間隔數(shù)千公里的探測(cè)器，呈L形排列。加上兩個(gè)天文臺(tái)使用完全相同的設(shè)備，研究人員認(rèn)為兩者數(shù)據(jù)可以彼此驗(yàn)證，排除偶然因素。

L形排列的測(cè)量臂長(zhǎng)度為4公里，并垂直排列，兩端各有反射鏡面。研究人員表示，激光可在測(cè)量發(fā)射臂上來(lái)回反射，如果干涉條紋發(fā)生變化，可直接探測(cè)引力波存在。

2015年9月14日抵達(dá)地球的引力波信號(hào)，就是被剛改造升級(jí)的LIGO的兩個(gè)探測(cè)器，以7毫秒的時(shí)間差先后捕捉到。

探測(cè)到引力波意味著什么？

葉賢基表示，此次發(fā)現(xiàn)開啟了引力波天文學(xué)的時(shí)代。以前天文學(xué)只能借由電磁波進(jìn)行觀測(cè)，但很多物質(zhì)靠電磁波觀測(cè)是看不到的?，F(xiàn)在測(cè)到引力波之后，可以借由引力波觀測(cè)天體，比如黑洞、暗物質(zhì)等，研究宇宙早期的結(jié)構(gòu)和演化。

此外，它開啟了另外一扇窗，以前科學(xué)家只能用電磁波觀測(cè)的天體，比如以前對(duì)黑洞的觀測(cè)非常有限，而現(xiàn)在可以看到黑洞合并的過(guò)程，黑洞對(duì)整個(gè)宇宙的結(jié)構(gòu)和演化扮演非常重要的角色。

■ 背景

引力波宇宙中的“時(shí)空漣漪”

愛因斯坦發(fā)表于1915年的廣義相對(duì)論，與此次發(fā)現(xiàn)的引力波有什么關(guān)聯(lián)？

愛因斯坦將時(shí)空視為一種可以變形的介質(zhì)，其廣義相對(duì)論所預(yù)言的一種以光速傳播的時(shí)空波動(dòng)。廣義相對(duì)論認(rèn)為，在非球?qū)ΨQ的物質(zhì)分布情況下，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，或物質(zhì)體系的質(zhì)量分布發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生引力波。引力波常被比做石頭丟進(jìn)水中產(chǎn)生的波紋，如同宇宙中的“時(shí)空漣漪”。

在宇宙中，有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)如致密星體碰撞并合這樣極其劇烈的天體物理過(guò)程。過(guò)程中的大質(zhì)量天體劇烈運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)著周圍的時(shí)空，扭曲時(shí)空的引力波也在這個(gè)過(guò)程中以光速向外傳播出去。

■ 對(duì)話

“從此可用這種新手段探索宇宙”

德國(guó)馬克斯-普朗克引力物理研究所、清華大學(xué)博士后胡一鳴，作為L(zhǎng)IGO科學(xué)合作組織成員，參與了此次引力波的探測(cè)。昨日，仍在德國(guó)進(jìn)行研究工作的胡一鳴在接受新京報(bào)記者采訪時(shí)表示，引力波的成功探測(cè)，意味著人類擁有了新的手段去探索宇宙。

新京報(bào)：參與探測(cè)引力波項(xiàng)目的感受如何？

胡一鳴：能夠見證歷史，并參與到其中，我感到非常榮幸。

新京報(bào)：LIGO科學(xué)合作組織的此次探測(cè)，都經(jīng)過(guò)了哪些考驗(yàn)？

胡一鳴：LIGO科學(xué)合作組織為了這次探測(cè)，從材料、鍍膜、隔震、激光、真空，再到超級(jí)計(jì)算機(jī)、數(shù)值相對(duì)論、快速信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分析、快速空間定位、參數(shù)估計(jì)，每一步都包含了科研人員的辛勤與付出。

新京報(bào)：為何引力波信號(hào)被探測(cè)到半年才得到確認(rèn)，中間經(jīng)過(guò)了哪些過(guò)程？

胡一鳴：去年9月14日引力波信號(hào)到達(dá)后3分鐘，就被程序發(fā)現(xiàn)，但是因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候還沒(méi)有正式開始觀測(cè)，等大家回過(guò)神來(lái)發(fā)現(xiàn)這次探測(cè)時(shí)，已經(jīng)是半小時(shí)以后了。盡管如此，我們內(nèi)部恪守規(guī)則，在沒(méi)有萬(wàn)分的把握之前，嚴(yán)禁任何成員向任何組織外的個(gè)人透露消息。

LIGO科學(xué)合作組織非常的嚴(yán)謹(jǐn)。只有當(dāng)你握有強(qiáng)有力的證據(jù)，你才可以做出超出常人想象的論斷。此次我們所公布的每一句話，每一個(gè)數(shù)字，背后都是大量的討論以及反復(fù)的計(jì)算和確認(rèn)。可以說(shuō)是兩句三年得，一吟雙淚流。

新京報(bào)：成功探測(cè)引力波后，未來(lái)的研究方向是什么？

胡一鳴：引力波的成功探測(cè)，意味著一個(gè)世紀(jì)的努力到達(dá)終點(diǎn)，更意味著一個(gè)新的研究領(lǐng)域的誕生。我們從此可以用這種新的手段探索宇宙，用前所未有的方式理解以前無(wú)法很清楚地理解的現(xiàn)象，比如超新星爆發(fā)具體過(guò)程、中子星內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。這些對(duì)傳統(tǒng)的電磁波天文學(xué)來(lái)說(shuō)極具挑戰(zhàn)的課題，有望通過(guò)引力波的研究變得觸手可及。

不過(guò)就引力理論，和時(shí)空的理解方面，此次探測(cè)與愛因斯坦一個(gè)世紀(jì)前所創(chuàng)立的廣義相對(duì)論高度吻合，所以很難從這次探測(cè)帶來(lái)太多關(guān)于時(shí)空本質(zhì)的深層次的突破。但我們也不能排除這種可能性：在未來(lái)的某一天，我們探測(cè)到了更為極端的引力波信號(hào)，在極端的物理?xiàng)l件下，廣義相對(duì)論有可能會(huì)出現(xiàn)與觀測(cè)事實(shí)的偏差，到那時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)顛覆性的理論，革新人類對(duì)時(shí)空的理解，也未可知。