被稱為“時空漣漪”的引力波(gravitational waves，也有“重力波”的譯法，以下統(tǒng)稱引力波)，被愛因斯坦根據(jù)廣義相對論在一百年前的1916年預測存在。雖然近年來常有流言稱人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)引力波，但這一次的謠言顯得特別靠譜，因為這次的騷動可是從激光干涉引力波天文臺(LIGO)科學家 Lawrence M. Krauss 的推特上開始的：

引力波的發(fā)現(xiàn)對于物理學，宇宙學和人類對宇宙的宏觀理解將會有重大的意義，但如果你對上述的領(lǐng)域都不太了解，甚至可能一輩子都不會去試圖弄明白時光漣漪是個什么玩意。

那么引力波到底是什么東西？為什么科學家們一直想要觀測它？為什么我們要關(guān)心有沒有引力波呢？

簡單地說，引力波就是時空表面上的光速震蕩，它是由宇宙中的“大事件”引發(fā)的，例如恒星爆炸，黑洞合并或宇宙各個角落中的各種事。組成一切的原子，包括天體和地球上的人類，都會因為引力波而發(fā)生小幅的震蕩。

其中小幅震蕩的幅度是真的很小。與產(chǎn)生引力波所需要的巨大能量相比較，時空漣漪顯得十分微弱。物理學家預測當引力波到達地球時它的數(shù)量級將大約在一個原子直徑的十億分之一。所以要測量這樣的震蕩，收線首先你需要幾乎無限精確的測量儀器，其次你需要一個幾乎完全沒有干擾與噪音的環(huán)境，總之一句話，人類科技目前還沒達到這個技術(shù)水平。

但引力波觀測技術(shù)最近也有了一些改變，科學家們對地面上最優(yōu)秀的觀測天文臺 LIGO 做了改進，同時發(fā)射了第一艘引力波探測器 LISA Pathfinder。LISA 上配有兩個科學實驗室。物理學家希望我們能在2020年結(jié)束前觀測到時間漣漪，但這一天或許比我們想象的還要早。

從原理上說，測量引力波其實很簡單，但落實到實踐上則難到幾乎不可能完成。物理學家的策略就是測量宇宙中兩個物體間距離中的微小波動，但我們所希望看到的原子內(nèi)部的震蕩實在是太微小了，所以我們需要進行可以將遠距離中物體分開的實驗，而就算是這樣，物理學家的測量也需要相當精確。

這就是我們目前的引力波探測器背后的原理。LIGO 在2000年之后正式上線投入使用，科學家在華盛頓州的 Richland 和路易斯安那州的 Baton Rouge 分別懸掛兩個鏡面，形成第一個長臂；隨后在前兩個鏡面垂直方向在放置兩個鏡面，形成兩條互相錘子垂直的長臂。激光束由激光器發(fā)射并在鏡面之間反射大約50次(維基百科)，使等效臂長大大增加。

LIGO 在加州理工學院的網(wǎng)站上解釋說，如果這兩個長臂的長度完全相等，那么激光的光程按理說也是完全相等的。但如果存在引力波的干涉，就會出現(xiàn)干涉條紋，造成的光程上的偏差將會由光電探測器(photodetector)所探測到。

當這個偏差發(fā)生時，會產(chǎn)生電子信號——這個電子信號究竟是不是引力波還要科學家們來說了算。一個問題是：地球的環(huán)境是很嘈雜的，各種噪音與干涉存在于這顆星球上，從地底的震動到路面上的汽車火車，其中任何一種都能形成這種電子信號。這些背景噪音加上我們探測器在距離和技術(shù)上的不足，為引力波探測造成了嚴重的限制。LIGO 的第一輪觀測活動在2010年結(jié)束，并沒有發(fā)現(xiàn)引力波存在的有力證據(jù)，有趣的是，為了讓科學家們不閑下來，LIGO 的內(nèi)部事務委員會特意制造了一個假信號。

在接下來的5年里 LIGO 對探測器做了很多改進，截至去年9月，新的 LIGO 已經(jīng)比最初的 LIGO 靈敏度高了3倍。在上一次的引力波捕獲行動中 LIGO 最遠能“監(jiān)聽”6500萬光年，而現(xiàn)在則能達到2億2千500萬光年?？茖W家們期望能對 LIGO 繼續(xù)進行改進，將靈敏度提升至最初的10倍。

今年也是引力波探測首次走向太空的一年。LISA Pathfinder 于去年12月2號發(fā)射，作為一個原理循證(proof-of-principle)實驗它將對引力波探測技術(shù)進行測試。

在太空中探測引力波有幾個好處。首先太空的環(huán)境比地球“安靜”很多，唯一的噪音源來自太陽風和宇宙輻射，而現(xiàn)有技術(shù)可以濾掉它們的干擾。但最重要的是，脫離了地球的束縛，探測器可以拉長探測的距離“廣撒網(wǎng)”。

那么為什么發(fā)現(xiàn)引力波那么重要呢？除了證明愛因斯坦在廣義相對論中的預測之外，引力波的存在可以證明宇宙中一些神秘的現(xiàn)象。LISA Pathfinder 的科學家 Bill Weber 上月表示引力波是研究宇宙中占大部分的暗物質(zhì)，暗能量的最佳途徑。

要研究黑洞，中子星這樣不發(fā)光的天體，在人類目前所處的位置上不是件容易的事，但如果說白矮星，中子星和黑洞像是黃油的話，引力波就是一把黃油刀，它為我們打開了一個窗口，看到我們以前完全無法想象的天體奇觀。

另外，作為宇宙中具有巨大能量的現(xiàn)象之一，引力波能夠幫助我們理解重力式如何在極端環(huán)境下產(chǎn)生作用的。比如兩個質(zhì)量巨大的物體以接近光速的速度互相環(huán)繞運行時，人類對它們之間的引力作用知之甚少。

兩天前的流言說，LIGO 可能探測到了引力波，但科學家還需要時間來確認。雖然 LIGO 方面對消息嚴防死守，但科學家與媒體對此事充滿了希望。隨著 LIGO 探測器的靈敏度不斷提升，只要 LISA Pathfinder 進入第一拉格朗日點，引力波的探測工作就會順利很多。在接下來的幾周或者幾個月內(nèi)，我們或許就能從物理學家們那里得到正式的消息。

[keep_beating via Gizmodo]