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
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
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
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。
地震、板块运动、气温变化、风力、太阳月亮的引力,大型机械的活动等等都会干扰到这台仪器的精度。