“捕捉”引力波

万物之初是什么样子？宇宙从何而来？在宇宙膨胀的过程中，暗物质和暗能量扮演了什么样的角色？……数百年来，这些问题始终困扰着科学家和哲学家们。根据20世纪80年代逐渐发展起来的大爆炸宇宙论，140亿年前，宇宙曾经发生一次大爆炸，之后10～35秒的时间内，宇宙以指数速度继续膨胀，经历这个过程后形成了宇宙的初始形态，留下了“原初引力波”（即宇宙大爆炸最初产生的引力波）。

引力波是爱因斯坦广义相对论的重要预言之一。简单来说，引力波是物质和能量在剧烈运动下产生的时空变化。如果用水面比喻时空，那么引力波可以看作时空的涟漪。

在天文学数百年的发展过程中，人们观测宇宙的主要手段是观测光。而根据宇宙大爆炸理论，大爆炸之后约40万年，光子、电子及其他粒子混合在一起，使宇宙处于晦暗状态，光无法穿透，因此，利用以往的观测手段根本无法观测到引力波。科学家们只得另辟蹊径，寻找其他方法。

为“捕捉”引力波，20世纪90年代，美国麻省理工学院和加州理工学院提出合作建设激光干涉引力波天文台（LIGO）项目。LIGO有两套相同的干涉仪，一套位于路易斯安那州的利文斯顿市，另一套位于华盛顿州的汉福德区。其基本原理是，利用激光干涉仪从一点发射出两束垂直的激光，通过测量两条激光光束的相位差来探测引力波。只有两台激光干涉仪都得到相似的结果，才能证实接收到了引力波。

LIGO从2000年开始探测引力波，2010年结束数据搜集。虽然这段时间内并未探测到引力波，但项目团队积累了很多经验。2010年至2015年，LIGO经过改进，灵敏度大大提高。2015年再度开启，终于在2015年9月14日第一次探测到了引力波。

此次“捕捉”到的引力波是两个质量分别是太阳29倍和36倍的黑洞合并时，用不到四分之一秒的时间瞬间释放相当于3个太阳质量的能量，运行13亿年后到达地球的。这一发现不仅有助于科学家进一步认识和理解宇宙中恒星、黑洞、星系等的演化过程，更是再次证明了广义相对论的正确性，开启了引力波天文学的新时代。

2017年10月3日，瑞典皇家科学院宣布，将2017年诺贝尔物理学奖授予美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩，以表彰他们为建设“激光干涉引力波天文台（LIGO）”和发现引力波所作出的贡献。