五个问题解说引力波

美国“激光干涉仪引力波观测台”（LIGO）执行主任戴维·赖茨在华盛顿举行的记者会上宣布，科学家首次探测到被科学界期待已久的、由爱因斯坦提出的引力波的存在。

什么是引力波？

引力波是在空间-时间组织中发生的微小波动。设想一下，宇宙如同一张蹦床。如果我们向宇宙中丢入一根羽毛，什么也不会发生。但是如果我们丢入一个篮球，这个组织就会在重量之下发生弯曲变形，而且篮球越大，变形的幅度也就越大。用爱因斯坦的广义相对论说，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲。但是，这种波动和变形并非永远留在物体附近，而是有可能通过宇宙向外传播，就像地震产生的地震波。这就是引力波。不同于地震波的是，引力波可以以光速在空荡荡的空间中旅行穿梭。

为什么发现引力波如此重要？

100年前，爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在，但同时认为引力波本身十分微弱，因此几乎不可能被发现。从那时起，全世界的科学家都在试图与引力波来一场“不期而遇”。发现引力波有助于探测到宇宙中发生的爆炸性大事件，比如黑洞融合、中子星事件、超新星爆炸，甚至是138亿年前导致宇宙诞生的大爆炸。此外，引力波的出现有可能促使天文学进入新的时代，它携带着不同于光和电磁辐射等方式传递过来的有关遥远天体的信息。

什么引发了引力波？

引力波是由运动中的物质创造的。但是，引力是四种基本相互作用中最弱的，因此它产生的波动极其微弱。物理学家认为，其振幅之小至多相当于一个质子直径的千分之一。如此小力量的波动只能由处在高速运动中的庞大体系引发，如处在轨道上的即将合二为一的两个黑洞。由于这样的体系十分罕见，与我们的距离要以光年计算，所以对引力波的搜寻一直瞄准的是来自宇宙深处的能量最强大的天体系统所产生的微小影响。

LIGO如何发现了引力波？

“激光干涉仪引力波观测台”由两个孪生探测器组成，这两个引力波探测器分别位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德。它们的任务是搜集通过引力波传送到地球的微小时空运动。每个探测器都有长达4公里的呈L形的测量臂。如果一股引力波通过探测系统，它通过激光束的距离会发生微小的变化。如果LIGO捕捉到了这种差异，便表明探测到了引力波。

由于具备两个孪生装置，LIGO可以最大限度地排除地面干扰，比如交通或地震产生的干扰。引力波探测器世界各地都有，包括位于意大利的“先进的处女座”引力波探测器、德国的GEO引力波探测器和日本的TAMA引力波探测器等。

之前没有发现过吗？

2014年3月，美国哈佛——史密森天体物理学中心的物理学家宣布首次探测到来自宇宙大爆炸的引力波。这一发现被视作21世纪的伟大发现，如果获得证实几乎可以肯定获得下一个诺贝尔物理学奖。然而，时隔不久对这一发现的质疑和否认之声便纷纷出现。研究人员对欧洲航天局“普朗克”号探测器和位于南极的BICEP2望远镜的数据进行整体分析后证实，并没有结论性证据支持这一发现，物理学家将引力波与银河系中可以产生类似效果的星际尘埃混为一谈。