清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)對人類首次捕獲引力波作出貢獻(xiàn)

　　美國路易斯安那州的激光干涉引力波天文臺。新華社發(fā)

　　探測到的引力波源自兩個(gè)黑洞碰撞的想象圖。圖/CFP

　　在美國首都華盛頓舉行的新聞發(fā)布會上，屏幕上顯示出探測到的引力波。圖/CFP

　　《星際穿越》中的情景原來真的存在，利用引力波，不同維度的時(shí)空可以相互傳遞信息。當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月11日，加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院以及“激光干涉引力波天文臺（LIGO）”的研究人員在華盛頓宣布探測到引力波。預(yù)言百年，苦尋幾十年，這是人類首次直接探測到引力波，也成為愛因斯坦廣義相對論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失“拼圖”。

　　引力波來自兩黑洞碰撞

　　據(jù)了解，引力波如一種時(shí)空漣漪，類似石頭被丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋。黑洞、中子星等天體在碰撞過程中均產(chǎn)生引力波。此次研究人員直接探測到的引力波，就是來自于兩個(gè)黑洞的碰撞。

　　去年9月14日，研究人員利用LIGO探測器探測到兩個(gè)黑洞合并的引力波，也是首個(gè)位于地球之外13億光年的引力波源GW150914。據(jù)研究人員估計(jì)，兩個(gè)黑洞的質(zhì)量分別相當(dāng)于36個(gè)與29個(gè)太陽質(zhì)量，合并后的總質(zhì)量為62個(gè)太陽質(zhì)量。也就是說，合并過程中，有3個(gè)太陽質(zhì)量的能量以引力波的形式釋放。

　　清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)作出貢獻(xiàn)

　　清華大學(xué)昨日表示，作為中國大陸唯一LIGO科學(xué)合作組織成員，清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)作出貢獻(xiàn)。

　　2009年LSC（LIGO科學(xué)合作組織）接受清華大學(xué)為正式成員。據(jù)了解，研究團(tuán)隊(duì)著重采用先進(jìn)計(jì)算技術(shù)提高引力波數(shù)據(jù)分析的速度和效率，參與了LSC引力波暴和數(shù)據(jù)分析軟件等工作組相關(guān)研究。

　　華中科技大學(xué)物理學(xué)院教授、精密物理量測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任葉賢基表示，目前國內(nèi)做引力波理論研究的比較多，做相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究團(tuán)隊(duì)比較少。這次發(fā)現(xiàn)相信會對國內(nèi)引力波研究有很大的推動(dòng)，相信更多的科學(xué)家會加入到實(shí)驗(yàn)的隊(duì)伍當(dāng)中。

　　■ 釋疑

　　引力波是如何被探測到的？

　　在愛因斯坦預(yù)言引力波百年后，這是人類首次直接探測到引力波。根據(jù)愛因斯坦計(jì)算，引力波強(qiáng)度微弱，探測困難，但研究人員從未停止尋找。

　　據(jù)了解，此次探測，研究人員分別在美國兩州之間設(shè)置兩個(gè)間隔數(shù)千公里的探測器，呈L形排列。加上兩個(gè)天文臺使用完全相同的設(shè)備，研究人員認(rèn)為兩者數(shù)據(jù)可以彼此驗(yàn)證，排除偶然因素。

　　L形排列的測量臂長度為4公里，并垂直排列，兩端各有反射鏡面。研究人員表示，激光可在測量發(fā)射臂上來回反射，如果干涉條紋發(fā)生變化，可直接探測引力波存在。

　　2015年9月14日抵達(dá)地球的引力波信號，就是被剛改造升級的LIGO的兩個(gè)探測器，以7毫秒的時(shí)間差先后捕捉到。

　　探測到引力波意味著什么？

　　葉賢基表示，此次發(fā)現(xiàn)開啟了引力波天文學(xué)的時(shí)代。以前天文學(xué)只能借由電磁波進(jìn)行觀測，但很多物質(zhì)靠電磁波觀測是看不到的�，F(xiàn)在測到引力波之后，可以借由引力波觀測天體，比如黑洞、暗物質(zhì)等，研究宇宙早期的結(jié)構(gòu)和演化。

　　此外，它開啟了另外一扇窗，以前科學(xué)家只能用電磁波觀測的天體，比如以前對黑洞的觀測非常有限，而現(xiàn)在可以看到黑洞合并的過程，黑洞對整個(gè)宇宙的結(jié)構(gòu)和演化扮演非常重要的角色。

　　■ 背景

　　引力波宇宙中的“時(shí)空漣漪”

　　愛因斯坦發(fā)表于1915年的廣義相對論，與此次發(fā)現(xiàn)的引力波有什么關(guān)聯(lián)？

　　愛因斯坦將時(shí)空視為一種可以變形的介質(zhì)，其廣義相對論所預(yù)言的一種以光速傳播的時(shí)空波動(dòng)。廣義相對論認(rèn)為，在非球?qū)ΨQ的物質(zhì)分布情況下，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，或物質(zhì)體系的質(zhì)量分布發(fā)生變化時(shí)，會產(chǎn)生引力波。引力波常被比做石頭丟進(jìn)水中產(chǎn)生的波紋，如同宇宙中的“時(shí)空漣漪”。

　　在宇宙中，有時(shí)就會出現(xiàn)如致密星體碰撞并合這樣極其劇烈的天體物理過程。過程中的大質(zhì)量天體劇烈運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)著周圍的時(shí)空，扭曲時(shí)空的引力波也在這個(gè)過程中以光速向外傳播出去。

　　■ 對話

　　“從此可用這種新手段探索宇宙”

　　德國馬克斯-普朗克引力物理研究所、清華大學(xué)博士后胡一鳴，作為LIGO科學(xué)合作組織成員，參與了此次引力波的探測。昨日，仍在德國進(jìn)行研究工作的胡一鳴在接受新京報(bào)記者采訪時(shí)表示，引力波的成功探測，意味著人類擁有了新的手段去探索宇宙。

　　新京報(bào)：參與探測引力波項(xiàng)目的感受如何？

　　胡一鳴：能夠見證歷史，并參與到其中，我感到非常榮幸。

　　新京報(bào)：LIGO科學(xué)合作組織的此次探測，都經(jīng)過了哪些考驗(yàn)？

　　胡一鳴：LIGO科學(xué)合作組織為了這次探測，從材料、鍍膜、隔震、激光、真空，再到超級計(jì)算機(jī)、數(shù)值相對論、快速信號處理、數(shù)據(jù)分析、快速空間定位、參數(shù)估計(jì)，每一步都包含了科研人員的辛勤與付出。

　　新京報(bào)：為何引力波信號被探測到半年才得到確認(rèn)，中間經(jīng)過了哪些過程？

　　胡一鳴：去年9月14日引力波信號到達(dá)后3分鐘，就被程序發(fā)現(xiàn)，但是因?yàn)槟莻�(gè)時(shí)候還沒有正式開始觀測，等大家回過神來發(fā)現(xiàn)這次探測時(shí)，已經(jīng)是半小時(shí)以后了。盡管如此，我們內(nèi)部恪守規(guī)則，在沒有萬分的把握之前，嚴(yán)禁任何成員向任何組織外的個(gè)人透露消息。

　　LIGO科學(xué)合作組織非常的嚴(yán)謹(jǐn)。只有當(dāng)你握有強(qiáng)有力的證據(jù)，你才可以做出超出常人想象的論斷。此次我們所公布的每一句話，每一個(gè)數(shù)字，背后都是大量的討論以及反復(fù)的計(jì)算和確認(rèn)。可以說是兩句三年得，一吟雙淚流。

　　新京報(bào)：成功探測引力波后，未來的研究方向是什么？

　　胡一鳴：引力波的成功探測，意味著一個(gè)世紀(jì)的努力到達(dá)終點(diǎn)，更意味著一個(gè)新的研究領(lǐng)域的誕生。我們從此可以用這種新的手段探索宇宙，用前所未有的方式理解以前無法很清楚地理解的現(xiàn)象，比如超新星爆發(fā)具體過程、中子星內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。這些對傳統(tǒng)的電磁波天文學(xué)來說極具挑戰(zhàn)的課題，有望通過引力波的研究變得觸手可及。

　　不過就引力理論，和時(shí)空的理解方面，此次探測與愛因斯坦一個(gè)世紀(jì)前所創(chuàng)立的廣義相對論高度吻合，所以很難從這次探測帶來太多關(guān)于時(shí)空本質(zhì)的深層次的突破。但我們也不能排除這種可能性：在未來的某一天，我們探測到了更為極端的引力波信號，在極端的物理?xiàng)l件下，廣義相對論有可能會出現(xiàn)與觀測事實(shí)的偏差，到那時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)顛覆性的理論，革新人類對時(shí)空的理解，也未可知。