是誰「聽到」了13億年前那聲響

原標題：是誰「聽到」了13億年前那聲響

「女士們、先生們，我們已經探測到引力波，我們找到它了。」美國雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）執行主任戴維·賴茨2月11日在華盛頓舉行的記者會上，終於說出了幾個月以來人們最想聽到的那句話。13億年前兩個黑洞相撞產生的「巨響」從此刻開始傳遍整個地球，而LIGO這個名字，也開始響遍世界。

LIGO是什麼？

LIGO的全稱是「雷射幹涉引力波天文臺」，是美國分別在路易斯安那州利文斯頓市與華盛頓州小城漢福德市建造的兩個引力波探測器。每個探測器都有兩個長達4公裡的測量臂，呈L型排列。為了便於理解，可以將其設想成一臺極度敏感的巨型光學設備。

1991年，麻省理工學院與加州理工學院在美國國家科學基金會（NSF）的資助下，開始聯合建設LIGO，1999年11月建成，耗資3.65億美元。2005年至2007年間，LIGO進行過一次升級改造。升級後的LIGO，2009年7月重啟，直到2010年10月結束，但未能探測到引力波存在的可靠證據。2015年，最新的雷射幹涉引力波天文臺正式上線。目前10多個國家超過1000名科學家參與了這個搜尋引力波的項目。

它是怎麼「聽到」引力波的？

LIGO系統由相距1865英裡（約3000公裡）的兩個完全相同的探測器組成。每個探測器包含由兩個長度為4公裡的L形真空管。科學家們通過真空管來發射雷射束。每束雷射到達真空管末端後，會被鏡面反射，並沿相反路線返回。在同等條件下，兩束雷射應該在完全相同的時間抵達源頭，由於幹涉作用，光線不會抵達光電探測器。而一旦有引力波穿過探測器，根據愛因斯坦100年前的預測，會使兩個真空管中的空間出現極其微小的拉伸與壓縮，從而破壞了原有的完美平衡，使光線外洩到光電探測器上。

建造LIGO最難，也是LIGO最厲害的地方在於：整個探測器都需要根據地球曲率校正設計建成，儘可能避免來自地表震動的幹擾；為減少大氣和汙染物對雷射運行的幹擾，還要將其置於真空之中。為確保數據準確，開機後兩臺探測器必須不間斷地記錄結果，任何一個小數據都不能遺漏。

有人打了一個比方來形容LIGO所能達到的精度——LIGO能在1公裡的長度上找到小於原子核半徑一萬倍的空間變化。

美國東部時間2015年9月14日5時51分，位於利文斯頓的探測器首先傳出撞擊聲，7毫秒後，漢福德的探測器也傳出撞擊聲。這意味著有引力波傳到了地球，並被兩個探測器探測到。

LIGO項目組稱，基於觀測到的信號，此次探測到的引力波是由兩個黑洞合併引發的。這兩個黑洞的直徑都在150公裡左右，質量分別是太陽質量的29和36倍。據推測，兩個黑洞的合併發生在13億年前，它們不斷靠近，旋轉，並最終合併成一個黑洞。合併過程中產生的引力波經漫長的傳播最終抵達地球。

據推測，兩個黑洞幾乎是以一半光速的超高速度碰撞在一起，並形成了一個質量更大的黑洞。這個過程中一部分的質量轉化成了能量，大約三倍於太陽質量的物質在短短一秒之內轉化成了引力波。這一引力波首先到達利文斯頓探測器，7毫秒之後到達漢福德探測器。引力波信號就是這樣發出並被LIGO觀測到的。

LIGO之外還有誰？

在LIGO項目啟動後，世界各地的一些大型雷射幹涉引力波探測器開始籌建。

目前，除LIGO外，比較大型的探測器還有位於義大利比薩附近，臂長為3000米的VIRGO；位於德國漢諾瓦附近，臂長為600米的GEO；以及日本東京國家天文臺，臂長為300米的TAMA300。這些探測器在2002年至2011年期間共同進行觀測，但並未探測到引力波。此外，還有歐洲的空間引力波項目eLISA和日本的大型低溫引力波望遠鏡KAGRA。

此前的消息，LIGO實驗室和印度引力波物理學界已經達成協議，計劃把LIGO的一部分實驗設備運往印度，並在印度開設一個LIGO-India的引力波觀測站。

中國引力波探測工程「天琴計劃」已經於2015年7月份正式啟動，部分關鍵技術研究已有具體進展，目前正在立項中。據介紹，中山大學「天琴計劃」是以引力波研究為中心，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。

能夠預見的是，引力波的發現，將會進一步刺激各國的研究進度，世界各地的引力波研究計劃的推進也會更為迅速。