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　　GIF2017

　　2016 年 2 月 11 日，在爱因斯坦预测引力波存在的 100 年之后，由美国科学基金会资助、加州理工和麻省理工的学者共同建造和维护的 LIGO（激光干涉引力波天文台）宣布，人类首次探测到了引力波。

　　作为过去一年里科学界最重大的突破之一，引力波的发现标志着人类在太空探索的路途上迈出了里程碑式的一步。

　　在 2017 年极客公园创新大会（GIF）上，LIGO 的 Hanford 观测台负责人 Michael Landry 来到现场，分享了引力波发现前后的点点滴滴。

　　（文章部分参考了 Michael Landry 在 2016 年年初在 TEDx 上的演讲，演讲主题为「The Universe Speaks of Black Hole Collisions」。）

　　400 年前，伽利略把望远镜瞄向了星空。

　　他观察到了金星的相变，认为金星是绕着太阳转的而绕着地球。他观察到了土星的四颗大卫星，它们也不围绕地球转。他还看到到了月亮的表面是不平坦的，和神话故事里的描述大相径庭。

　　伽利略观察到的这些东西都和当时人类的所知有很大的区别，让人类意识到自己其实并不在宇宙的中心，只是一个更大、更复杂的茫茫宇宙中的沧海一粟。

　　伽利略最初使用的天文望远镜

　　我认为，最优秀的科学发现可以改变我们对宇宙的认知，atv，让我们看到之前从未了解的事物。再比如说电磁波谱，我们可以看到其中的可见光，但科学发现告诉我们，电磁波谱中还有我们肉眼看不到但却真实存在的无线电波、红外线、伽马射线。

　　不过除了我们已经发现的这些，宇宙中还有很多东西是我们还不了解的。为了找到这些东西，我们需要设计特别的探测器，更重要的是，我们需要孜孜不倦的人来追寻这些宇宙中不为人知的秘密。

　　寻找引力波

　　我是一名物理学家，在 LIGO 工作。

　　LIGO 的全称是 Laser Interferometer Gravitational wave Observatory，即激光干涉引力波天文台，我们的工作是寻找引力波。

　　在 20 世纪早期，爱因斯坦提出了广义相对论理论，解决了牛顿的理论体系下一些无法解释的问题，并基于该理论提出了一些看上去很怪异的预测，比如说星光弯曲、黑洞的存在、大爆炸以及引力波。

　　两个互相吸引的黑洞（示意图）

　　关于引力波最形象的描述可能就是「时空涟漪」了。宇宙中，两个质量极大的物质（比如黑洞）相互高速地环绕，会让周围的时空产生一阵阵的「涟漪」。就像是在平静的水面丢下一个小石块，水面会有一圈圈的波纹向外扩散，这时候水面就是时空，水的波纹就是引力波。

　　引力波传播示意图

　　如果我们可以找到引力波，可以再一次地验证爱因斯坦广义相对论的正确性。此外，这还可以改变我们认知宇宙的方式，这种改变就像是人类增加了一种额外的感官。

　　用激光干涉仪探测引力波

　　问题是，引力波太微弱了。

　　可以产生巨大引力波的中子星、黑洞距离我们非常非常遥远，以至于在爱因斯坦提出引力波一个世纪之后，人类始终没有直接探测到它。

　　上世纪 70 年代，科学家提出了使用激光干涉仪探测引力波的方法，而激光干涉仪也是 LIGO 以及世界上其它引力波探测站目前正在使用的探测方法，它的原理大致如下。

　　首先从激光器中发射出一束频率非常稳定的激光，这一束激光先通过分光镜，然后被分为两束强度相同的激光，这两束激光分别进入两个互相垂直的干涉臂（LIGO 建造了两个 4 公里长的真空管道），激光光束在抵达尽头后，会通过镜片反射回来，然后在分光镜的位置相遇，在这里会有一个输出端口，用于读出这两束激光合并在一起、产生干涉后的光强。