激光觸摸“時(shí)空的漣漪” 推開(kāi)另一引力波世界大門(mén)

　　今天，各大版面被“引力波”刷新，目光所及之處都是“引力波發(fā)現”相關(guān)消息。原來(lái)該事件源于美國和歐洲多個(gè)科學(xué)機構宣布16日發(fā)布“此前從未觀(guān)測到的”引力波新發(fā)現。據消息稱(chēng)，美國國家科學(xué)基金會(huì )發(fā)布新聞公報表示，于北京時(shí)間16日22時(shí)舉行新聞發(fā)布會(huì )，會(huì )議介紹美國“激光干涉引力波天文臺”(LIGO)和歐洲“處女座”(Virgo)引力波探測器及其全球合作伙伴的新發(fā)現。

　　什么是引力波?

　　人類(lèi)第一次觸及到引力波的時(shí)候是愛(ài)因斯坦相對論。愛(ài)因斯坦的廣義相對論提出之后，這個(gè)描述“時(shí)空和物質(zhì)”理論在很多地方受到實(shí)驗檢驗。人們在確鑿的實(shí)驗證據下，一次又一次的被這個(gè)偉大理論的深刻與正確而震驚。然而作為廣義相對論的一個(gè)重要預言——引力波，卻遲遲沒(méi)有發(fā)現。為了探測到這個(gè)引力波，幾代科學(xué)家們做出了很多嘗試和努力。那么究竟什么是引力波呢?

　　有人形容引力波是“時(shí)空的漣漪”，并且認為黑洞是質(zhì)量很大很大的天體。由于質(zhì)量很大很大，根據“物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲”，周?chē)臅r(shí)空會(huì )一定彎曲得很厲害是。時(shí)空不彎曲的時(shí)候就像一汪平靜的湖水，你在上面輕輕放上一個(gè)皮球，皮球下面的水面是一個(gè)弧形的吧，這就和黑洞存在、附近時(shí)空彎曲一個(gè)道理。光有一個(gè)皮球停在水面上，水面還是很平靜。但是如果有兩個(gè)皮球像圖中兩個(gè)黑洞那樣彼此環(huán)繞運動(dòng)著(zhù)，那就不得了啊，水平會(huì )泛起陣陣漣漪。所以，如果水面是時(shí)空的話(huà)，那水波就是引力波。引力波不能理解成引力的波，引力波的本質(zhì)相當于時(shí)空的漣漪，是時(shí)空的波動(dòng)。

　　引力波探測

　　根據理論知識，自從138億年前，一團體積有限密度溫度極高的“東西”爆炸形成宇宙，爆炸至今不斷擴散，原始引力波來(lái)源于那場(chǎng)爆炸。隨著(zhù)體積擴散溫度降低，出現了光。后期宇宙中任何物體只要運動(dòng)，都會(huì )輻射引力波，包括任何物體，比如星體運動(dòng)、宏觀(guān)物質(zhì)、圍觀(guān)物質(zhì)，“動(dòng)”就會(huì )輻射引力波。也是作為愛(ài)因斯坦廣義相對論的重要引言，引力波存在于理論之中，一直被人們認為真真切切的存在，然而就是無(wú)法證明，無(wú)法使引力波“現出原形”。人們一直致力于尋找引力波，引力波探測成為世界性大項目，集合和人類(lèi)在物理、工程、數學(xué)、計算機方面最先進(jìn)的理論、技術(shù)、和智慧。有人比喻引力波的探測難度說(shuō)，如果想看到引力波，相當于在1公里的長(cháng)度上找到那小于原子核半徑一萬(wàn)倍的空間變化。

　　引力波探測其中一個(gè)方法利用激光干涉儀的基本思想。假設有四個(gè)測試質(zhì)量被懸掛在天花板上，一束單色、頻率穩定的激光從激光器發(fā)出，在分光鏡上被分為強度相等的兩束，一束經(jīng)分光鏡反射進(jìn)入干涉儀的Y臂，另一束透過(guò)分光鏡進(jìn)入與其垂直的另一X臂。第一次不加入引力波，在經(jīng)歷了相同的時(shí)間之后，兩束光返回，并在分光鏡上重新相遇，產(chǎn)生干涉。此次通過(guò)調整X、Y臂的長(cháng)度，控制兩束光是相消的，此時(shí)光電二極管上沒(méi)有光信號。第二次試驗加入引力波后，引力波從垂直于天花板的方向進(jìn)入，會(huì )對兩臂中的一臂拉長(cháng)，另一臂壓縮短，從而兩束光的光程差發(fā)生了變化，原先相干相消的條件被破壞，有一定數量的光線(xiàn)會(huì )進(jìn)入探測器，得到引力波信號。激光干涉儀對于共振棒的優(yōu)勢顯而易見(jiàn)：首先，激光干涉儀可以探測一定范圍的頻率的引力波信號一般是20Hz-3000Hz;其次，激光干涉儀的臂長(cháng)可以做的很長(cháng)，比如地面引力波干涉儀的臂長(cháng)一般在千米量級，遠遠超過(guò)共振棒的宏觀(guān)米量級長(cháng)度，如此將使引力波通過(guò)光探測器顯現出來(lái)。

　　引力波探測意義

　　引力波的探測歷經(jīng)上百年之久，那么耗費了巨大的人力物力財力，探測引力波究竟有什么意義呢?

　　其實(shí)，一方面引力波作為愛(ài)因斯坦廣義相對論的引言，驗證了引力波存在性就是對愛(ài)因斯坦相對論認可的實(shí)際事實(shí)作出了實(shí)驗性的驗證。另一方面站在時(shí)空維度的角度理解。目前普遍認為三維空間，其實(shí)不然，空間應該有四維，三維位置空間+一維時(shí)空空間。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，時(shí)間也是形容物質(zhì)的一個(gè)重要坐標。比如，通常我們形容一個(gè)東西的位置一般有三個(gè)具體元素，坐標軸中的X軸、Y軸和Z軸。這是在短暫的時(shí)間內，形容的東西可以通過(guò)這三個(gè)具體元素找到，然而如果這三個(gè)空間元素坐標沒(méi)有變化，經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間，東西發(fā)生了霉變或者壞了形貌發(fā)生了變化，此時(shí)如果沒(méi)有時(shí)間的坐標，只是簡(jiǎn)單的通過(guò)三維空間坐標就將難以描述這個(gè)東西。所以，在三維空間基礎上，引力波的成功探測將會(huì )為我們打開(kāi)一扇通往時(shí)空新的大門(mén)。