微弱引力波掀起科學界「軒然大波」
2016年2月11日，距離1916年愛因斯坦預言引力波存在剛好100年。
這一天，LIGO（美國雷射幹涉引力波天文臺）科學合作組宣布，探測到來自一個雙黑洞併合事件的引力波。「引力波被探測到」這一話題，瞬間激起全世界網友和科學界人士刷屏討論。
引力波最終探測成功，是基於全球科學家的共同努力和通力合作，這其中，也有中國科學家的參與。同時，中國的一些科研機構也正開展著相關研究，比如中山大學——既是中國引力波研究的先行者，也正走在探索的前沿。
A 為啥重要？
證實了廣義相對論預言
對於大多數人來說，引力波還是一個非常陌生的概念。其實它是加速中的質量在時空中所產生的波動。通俗來講，它就像時空的「漣漪」。愛因斯坦在1916年提出廣義相對論說過，任何有質量物體的加速運動都會對周圍的時空產生影響，這些由於質量造成的時空扭曲，形成引力，而其作用形式，就是引力波。
為什麼探測到引力波那麼重要？
清華大學LIGO工作組負責人曹軍威及其團隊在此次探測中以高精度的數據分析能力幫助「淨化」了引力波探測中的幹擾信號。他在接受羊城晚報記者採訪時指出，引力波被直接探測到具有雙重意義：從物理學的角度，是證實了愛因斯坦廣義相對論的一個重要預言；從天文學的角度，是開啟了一扇前所未有的探索宇宙的新窗口，開創了引力波天文學的新時代。
探測機構LIGO負責人之一加布裡埃拉·岡薩雷斯（Gabriela González）說道：「我們現在不僅知道我們設備能夠檢測到引力波，還知道是一個雙黑洞系統產生了引力波。也就是說，這次的發現意味著兩個重大事件：一是此次的發現證實了設備的能力，另外還證實了雙黑洞系統併合事件的存在。」
曹軍威稱，當前科學家甚至把引力波的發現類比電磁波的發現，或許對整個人類社會都是一次科技革命，引力波通訊也不是沒有可能。
不過，把引力波的發現用於科幻迷們期待已久的時空穿越和星際通信，可能還需漫長的等待。
B 為啥難測？
愛因斯坦都認為無法探測
為什麼這微弱的引力波會掀起科學界的「軒然大波」？甚至被科學家稱之為驚喜？
從愛因斯坦預言引力波的存在，到現在LIGO直接探測到引力波，已經整整過去了100年，愛因斯坦本人就曾認為引力波太弱而無法被探測。
中山大學天文與空間科學研究院院長李淼在接受採訪時對引力波探測難度做出解讀——由於產生引力波的條件極其苛刻，人工手段很難產生能夠被探測到的引力波，自然界中，相互繞轉的緊湊雙星系統、大質量天體的碰撞合併、超新星爆發等極端事件都能產生較強的引力波。但這類波源通常離地球很遠，或者出現的機率很低，使得引力波的直接探測成為一個極具挑戰的世紀難題。
談及引力波的信息處理難度，曹軍威透露，捕捉引力波的最大挑戰在於LIGO數據的採樣頻率很高，達到每秒1.6萬次以上，採樣信道達上萬個，數據量大，需要先進的計算機處理技術做支撐，提高數據處理效率，其團隊將人工智慧領域的核心「機器學習」方法用於加強引力波數據噪聲分析。
曹軍威認為，引力波的探測和數據分析還需要多學科背景的研究者聯合工作，這也帶動了光學、工程、計算機等多學科的前沿發展。曹軍威說：「科學探索的需求一直是計算機技術發展的驅動力之一。LIGO項目對數據處理要求極高，對計算技術挑戰很大，清華參與LIGO項目也是希望掌握第一手的應用需求，有的放矢地開展計算機應用研究。」
引力波模擬圖
【「天琴」的前世今生】
過去：
引力波探測熱潮一度中斷
2015年7月，中山大學正式啟動的「天琴計劃」，其研究方向即為引力波，並且向全世界招募研究人員。不過，中山大學天文與空間科學研究院院長李淼表示，目前該項目還未獲得政府立項，尚不能確定研究方向。
李淼向記者透露，「天琴計劃」的出發點是切實根據我國的技術能力實際和未來幾十年的發展前景，提出我國自主開展空間引力波探測的可行方案。
其實在1971年，楊振寧首次訪華時就曾經告訴中科院高能所的專家，利用韋伯棒探測引力波，是一個「投錢少，有重大科學意義」的領域，不妨一試。當時不少國內的中國科學家馬上行動了起來，引發過熱潮。
1979年7月在義大利召開的第二屆格拉斯曼廣義相對論國際會議上，來自中山大學的陳嘉言教授在會上作了《北京—廣州引力波探測》的報告，由於在引力波研究方面的貢獻，被聘為會議顧問委員會委員，這是中國的引力波研究第一次被國際社會認可。
據廣州大學天體物理中心的王洪光教授透露，當時業界提出這個想法後，考慮到錢和技術的問題，中山大學都是自己做儀器，但是最困難的是引力波信號通常很弱，因而沒有得到重量級的成果。陳嘉言去世後，後來人也繼續做著相關研究，但影響力沒那麼大，此後專家相繼退休，研究引力波的人或出國或轉行，在1988年就中斷了這方面研究。
現在：
「天琴計劃」還有進行必要嗎？
LIGO已經探測到引力波了，那「天琴計劃」還有意義嗎？
引力波論文作者之一、LIGO科學合作組織核心成員、加州理工學院教授陳雁北在接受訪談時表示：「網上有人說發現引力波了，天琴計劃是不是就不要搞了？這是非常錯誤的說法。因為地面和天空探測引力波是不一樣的，不同的波段觀測到的現象不同，觀測到的是不同的東西，本身沒有矛盾。」
「考慮到地面已經觀測到引力波，這是對天空探測的一個鼓勵。天琴計劃可以探測更大的黑洞——很可能是星系中心這種更大質量黑洞的併合過程，研究宇宙早期星系形成演化過程，這是在地面探測不到的，天琴計劃可以帶來更多的信息。」陳雁北說道。
加布裡埃拉·岡薩雷斯（Gabriela González）表示，他們已對「天琴計劃」有所了解，但「天琴計劃」和此次LIGO發現引力波「並不是一場競賽」。因為太空中的設備與地面的設備可以形成很好的互補，從而捕捉到引力波的不同波長。
在目前討論的初步概念中，「天琴計劃」將採用三顆全同的衛星構成一個等邊三角形陣列，每顆衛星內部都包含一個或兩個極其小心懸浮起來的檢驗質量，並將在以地球為中心、高度約10萬公裡的軌道上運行，針對確定的引力波源進行探測。
未來：
「天琴」在珠海獲3億啟動經費
李淼教授介紹說，最近幾年，「天琴計劃」的發展將以在中山大學珠海校區建設天琴計劃綜合研究設施為重要內容。
「我們將發展空間引力實驗關鍵技術為導向，在引力理論與實驗分析、衛星平臺與控制、光學測量與遙感、地月系統物理實驗四個方面展開系統研究，培育大科研團隊。預期通過5年時間的發展，凝聚100人以上的科研隊伍，同時積極向國家申請建立『天琴計劃國家重大科學工程基礎設施項目』。」
李淼透露，預期建成以後可以使中山大學和珠海成為我國空間引力實驗和其他空間精密測量物理的最重要研究中心。當前「天琴計劃」綜合設施的第一期工程包括30000平方米的天琴綜合研究大樓、10000平方米的山洞超靜實驗室，位於南山山頂的5000平方米教學、科研、科普多功能觀測站。目前珠海市政府已經答應投入約3億元經費啟動「天琴計劃」基礎建設，主要負責山洞實驗室的挖掘、多功能觀測站的站址土地平整和上山道路的修建。綜合研究大樓、山洞超靜實驗室的潔淨實驗室工程、多功能觀測站的基建工程以及各種儀器設備還需另尋資金支持。
另外李淼表示，當前「天琴計劃」成員還在招聘中，珠海的超靜實驗室還在招標之中。（記者 李鋼 實習生 李婷 陳幸芝）
他國
LIGO：由加州理工和麻省理工建造
LIGO天文臺由美國國家科學基金資助，由加州理工學院和麻省理工學院構思、建造、運行，而最終證實發現引力波，是多國科學家協作的成果。
LIGO科學合作組織包括GEO600組織、澳大利亞幹涉引力天文協會等，義大利的VIRGO項目貢獻了兩臺LIGO探測器的數據。而中國的清華大學團隊提供的計算機軟體程序在進行海量數據分析中做出了重要貢獻。
最終，發現引力波的論文發表在物理評論快訊期刊，共有1004位署名作者，這其中包括廣州天河中學畢業生羅家倫（詳見2月16日羊城晚報報導）。
（王倩）
歐、日都有引力波探測計劃
目前，除了美國的LIGO之外，國際上的引力波探測計劃還包括意法合作的VIRGO、英德合作的GEO600、日本的TAMA300和LCGT工程。
2000年，歐洲航天局曾宣布，將與美國合作實施「雷射幹涉空間天線（LISA）」計劃，發射3顆衛星，組成一個邊長為500萬公裡的巨大三角形，它們之間以雷射束相連，在太空中進行觀測。
多年後，美國由於經費問題選擇了退出，歐洲也出於節省經費的目的，推出了一個縮小版的eLISA計劃，但原定2012年發射的第一顆實驗衛星，已經被推遲到了2018年。
歐洲的eLISA計劃之前進展緩慢，很大程度上是因為歐洲各國口徑不一致，現在LIGO證實了引力波存在，eLISA探測進度會加快，李淼表示，引力波的發現，會進一步刺激各國的研究進度。
陳嘉言工作照
我國
國內先驅陳嘉言：工作中觸電殉職
早在上世紀七十年代，中國就已經把引力波的研究定為國家重點研究項目，以中山大學為主要研究高校。
1969年，美國馬裡蘭州立大學的J.Weber宣稱：他已探測到不排除為引力波的信號。消息在中國也有了回應。1973年，北京中國科學院的王祝翔、秦榮先等人來到廣州，商討北京高能所和廣州中山大學合作引力波探測研究。
此時，中大土生土長的物理人陳嘉言被委以重任。1973年陳嘉言從「英德幹校」調回，領導重建基礎實驗室並開始了引力波實驗的研究。
經過1973年—1976年的初期研究，1976年—1982年的攻關，中山大學大型常溫引力波檢測系統基本建成。1985年與美國史丹福大學引力波檢測器進行洲際距離符合實驗，1987年，經過改進的引力波檢測器通過了驗收。
然而中國的引力波研究剛剛起步就遭受了沉重打擊。1982年4月9日，一個沉痛的日子，記載在中大引力物理研究室的歷史上——
剛從上海為即將召開的國際會議審稿回來的陳嘉言風塵僕僕，又馬不停蹄地投入工作。中午12時，同事們下班了，陳嘉言一個人鑽進了天線的真空罐中，不幸觸電，因公殉職，年僅46歲。
中山大學對陳嘉言工作的評價是：「這些成果（引力波研究）都是陳嘉言所開拓工作的完善和延伸，沒有陳嘉言以及他所領導的團隊的工作基礎，取得這些從一窮二白到國際水平的成果是不可想像的。」
北京大學原校長、中國科協主席、中國科學院學部委員、我國物理學界前輩周培源教授來函弔唁稱：「這不僅是中山大學的重大損失、也是中國物理學界的重大損失。」
天琴計劃：將分四階段實施
2015年7月23日，中國的引力波探測工程「天琴計劃」開始啟動。牽頭這一計劃的中山大學發布招聘啟示，面向全球招募100人左右的教師團體，四五百人左右的研究、工程技術人員以及博士後。「天琴計劃」以引力波研究為中心，該計劃將開展空間引力波探測計劃任務的預先研究，制定中國空間引力波探測計劃的實施方案和路線圖，並開展關鍵技術研究。
根據此前的設想，「天琴計劃」主要將分四階段實施：第一階段完成月球/衛星雷射測距系統、大型雷射陀螺儀等天琴計劃地面輔助設施；第二階段完成無拖曳控制、星載雷射幹涉儀等關鍵技術驗證，以及空間等效原理實驗檢驗；第三階段完成高精度慣性傳感、星間雷射測距等關鍵技術驗證，以及全球重力場測量；第四階段完成所有空間引力波探測所需的關鍵技術，發射三顆地球高軌衛星進行引力波探測。
據了解，完成全部四個子計劃，大約需要20年的時間，投資大約150億。（王倩）
來源：羊城晚報 轉自：新華網