對話：引力波成功探測背後的清華團隊（圖）

2016年02月13日 01:20 新京報


　　美國路易斯安那州的激光干涉引力波天文台。新華社發


　　探測到的引力波源自兩個黑洞碰撞的想象圖。圖/CFP


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

　　新京報訊 （記者沙璐 信娜）《星際穿越》中的情景原來真的存在，利用引力波，不同維度的時空可以相互傳遞信息。當地時間2月11日，加州理工學院、麻省理工學院以及「激光干涉引力波天文台（LIGO）」的研究人員在華盛頓宣布探測到引力波。預言百年，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驗驗證中最後一塊缺失「拼圖」。

　　引力波來自兩黑洞碰撞

　　據了解，引力波如一種時空漣漪，類似石頭被丟進水裡產生的波紋。黑洞、中子星等天體在碰撞過程中均產生引力波。此次研究人員直接探測到的引力波，就是來自於兩個黑洞的碰撞。

　　去年9月14日，研究人員利用LIGO探測器探測到兩個黑洞合併的引力波，也是首個位於地球之外13億光年的引力波源GW150914。據研究人員估計，兩個黑洞的質量分別相當於36個與29個太陽質量，合併后的總質量為62個太陽質量。也就是說，合併過程中，有3個太陽質量的能量以引力波的形式釋放。

　　清華大學團隊作出貢獻

　　清華大學昨日表示，作為中國大陸唯一LIGO科學合作組織成員，清華大學研究團隊作出貢獻。

　　2009年LSC（LIGO科學合作組織）接受清華大學為正式成員。據了解，研究團隊著重採用先進計算技術提高引力波數據分析的速度和效率，參與了LSC引力波暴和數據分析軟體等工作組相關研究。

　　華中科技大學物理學院教授、精密物理量測量教育部重點實驗室主任葉賢基表示，目前國內做引力波理論研究的比較多，做相關實驗的研究團隊比較少。這次發現相信會對國內引力波研究有很大的推動，相信更多的科學家會加入到實驗的隊伍當中。

　　■ 釋疑

　　引力波是如何被探測到的？

　　在愛因斯坦預言引力波百年後，這是人類首次直接探測到引力波。根據愛因斯坦計算，引力波強度微弱，探測困難，但研究人員從未停止尋找。

　　據了解，此次探測，研究人員分別在美國兩州之間設置兩個間隔數千公里的探測器，呈L形排列。加上兩個天文台使用完全相同的設備，研究人員認為兩者數據可以彼此驗證，排除偶然因素。

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

　　2015年9月14日抵達地球的引力波信號，就是被剛改造升級的LIGO的兩個探測器，以7毫秒的時間差先後捕捉到。

　　探測到引力波意味著什麼？

　　葉賢基表示，此次發現開啟了引力波天文學的時代。以前天文學只能藉由電磁波進行觀測，但很多物質靠電磁波觀測是看不到的。現在測到引力波之後，可以藉由引力波觀測天體，比如黑洞、暗物質等，研究宇宙早期的結構和演化。

　　此外，它開啟了另外一扇窗，以前科學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，而現在可以看到黑洞合併的過程，黑洞對整個宇宙的結構和演化扮演非常重要的角色。

　　■ 背景

　　引力波宇宙中的「時空漣漪」

　　愛因斯坦發表於1915年的廣義相對論，與此次發現的引力波有什麼關聯？

　　愛因斯坦將時空視為一種可以變形的介質，其廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動。廣義相對論認為，在非球對稱的物質分佈情況下，物質運動，或物質體系的質量分佈發生變化時，會產生引力波。引力波常被比做石頭丟進水中產生的波紋，如同宇宙中的「時空漣漪」。

　　在宇宙中，有時就會出現如緻密星體碰撞併合這樣極其劇烈的天體物理過程。過程中的大質量天體劇烈運動擾動著周圍的時空，扭曲時空的引力波也在這個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、清華大學博士后胡一鳴，作為LIGO科學合作組織成員，參與了此次引力波的探測。昨日，仍在德國進行研究工作的胡一鳴在接受新京報記者採訪時表示，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：參與探測引力波項目的感受如何？

　　胡一鳴：能夠見證歷史，並參與到其中，我感到非常榮幸。

　　新京報：LIGO科學合作組織的此次探測，都經過了哪些考驗？

　　胡一鳴：LIGO科學合作組織為了這次探測，從材料、鍍膜、隔震、激光、真空，再到超級計算機、數值相對論、快速信號處理、數據分析、快速空間定位、參數估計，每一步都包含了科研人員的辛勤與付出。

　　新京報：為何引力波信號被探測到半年才得到確認，中間經過了哪些過程？

　　胡一鳴：去年9月14日引力波信號到達后3分鐘，就被程序發現，但是因為那個時候還沒有正式開始觀測，等大家回過神來發現這次探測時，已經是半小時以後了。儘管如此，我們內部恪守規則，在沒有萬分的把握之前，嚴禁任何成員向任何組織外的個人透露消息。

　　LIGO科學合作組織非常的嚴謹。只有當你握有強有力的證據，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，每一個數字，背後都是大量的討論以及反覆的計算和確認。可以說是兩句三年得，一吟雙淚流。


　　新京報：成功探測引力波后，未來的研究方向是什麼？

　　胡一鳴：引力波的成功探測，意味著一個世紀的努力到達終點，更意味著一個新的研究領域的誕生。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象，比如超新星爆發具體過程、中子星內部結構等。這些對傳統的電磁波天文學來說極具挑戰的課題，有望通過引力波的研究變得觸手可及。

　　不過就引力理論，和時空的理解方面，此次探測與愛因斯坦一個世紀前所創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於時空本質的深層次的突破。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，在極端的物理條件下，廣義相對論有可能會出現與觀測事實的偏差，到那時，出現一個顛覆性的理論，革新人類對時空的理解，也未可知。

　　本版采寫/新京報記者 沙璐 信娜