從2015年9月至今，“引力波之發(fā)現(xiàn)”的消息像一只調(diào)皮的幽靈，以形形色色的版本穿梭于天文和物理學(xué)界，它時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，像劑量不斷增強(qiáng)的興奮劑，一次次激起人們的窺探欲。

在北京時(shí)間2月11日晚11點(diǎn)30分，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)就探測(cè)引力波的研究進(jìn)展進(jìn)行報(bào)告。LIGO科學(xué)合作組織面向全社會(huì)宣布，LIGO首次直接探測(cè)到引力波和首次觀測(cè)到雙黑洞碰撞與并合，科學(xué)家直接探測(cè)到了引力波！

五花八門(mén)的引力波探測(cè)器中，為什么是LIGO笑到了最后？

引力波探測(cè)器哪家強(qiáng)

愛(ài)因斯坦1916年就提出引力波這茬兒了，到上世紀(jì)六十年代左右，就有人開(kāi)始琢磨怎么探測(cè)引力波。最早的引力波探測(cè)器長(zhǎng)這樣：

一個(gè)大鋁筒?；驹硎?，如果引力波的頻率跟鋁筒的共振頻率一致，會(huì)引起它的收縮—拉伸。旁邊的人叫喬·韋伯(Joe Weber)，公認(rèn)的引力波探索先驅(qū)。他曾在1969年宣布，用這臺(tái)機(jī)器測(cè)到了引力波。

但是同行重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有一個(gè)能重現(xiàn)這一結(jié)果的。所以大家認(rèn)為他搞錯(cuò)了。

這次測(cè)到的引力波的振幅是10-21。很明顯，用越大的數(shù)字去乘這個(gè)10-21，會(huì)得到一個(gè)越大的結(jié)果。這個(gè)鋁筒這么小，顯然得不到什么結(jié)果。要知道LIGO的臂長(zhǎng)就有4km，內(nèi)部更是讓光路反射了400次，激光光路長(zhǎng)度達(dá)到1600km，這么大的數(shù)去乘那個(gè)10-21，才勉強(qiáng)得到一個(gè)大約跟質(zhì)子半徑一個(gè)量級(jí)的變化。所以這種幾十年前的棒狀引力波探測(cè)器，顯然不可能有什么結(jié)果。

后來(lái)人們發(fā)展出了激光干涉儀為原理的探測(cè)器。代表就是美國(guó)的LIGO和歐洲的VIRGO。

其基本原理是，把引力波掃過(guò)導(dǎo)致的長(zhǎng)度變化，轉(zhuǎn)變?yōu)榧す飧缮娼Y(jié)果的光強(qiáng)變化?！案缮妗睅缀跏蔷軠y(cè)量的“作弊器”，不用什么別的工具，我們能通過(guò)手機(jī)貼膜貼合不均勻處的干涉條紋，直觀看出貼合間距的微小變化。LIGO也能通過(guò)測(cè)量?jī)墒喔杉t外激光的干涉光強(qiáng)，判斷激光臂長(zhǎng)的極微弱變化。

同樣的原理，放到天上，能得到更長(zhǎng)的臂長(zhǎng)：長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)公里。這樣引力波導(dǎo)致的變化將更加明顯。所以美歐提出了LISA計(jì)劃，中國(guó)也提出了“天琴計(jì)劃”，都是打算發(fā)射空間衛(wèi)星，組成干涉儀網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行長(zhǎng)距離的干涉測(cè)量。

更長(zhǎng)的臂長(zhǎng)就只能靠天上本來(lái)就有的東西了：脈沖星、微波背景輻射。脈沖星的周期會(huì)受到經(jīng)過(guò)的引力波的擾動(dòng)，而微波背景輻射里，據(jù)信留有宇宙大爆炸時(shí)原初背景輻射的印跡。它們也可以用于示蹤引力波。

波速不變的話，波長(zhǎng)與頻率成反比。臂長(zhǎng)越長(zhǎng)，對(duì)越長(zhǎng)的波長(zhǎng)更敏感，也就是對(duì)更低的頻率更敏感。所以LIGO、LISA、脈沖星、微波背景輻射，它們分別示蹤一系列不同頻率的引力波信號(hào)，彼此互為補(bǔ)充，不能相互替代。

其中，LIGO這種幾公里基線的激光干涉儀，對(duì)頻率約為100的信號(hào)最敏感——這正是雙黑洞、雙中子星等雙致密天體并合前的一瞬發(fā)出的引力波的頻率。這種雙星并合事件的引力波最有獨(dú)特特征，最容易識(shí)別，因此不難理解，是LIGO搶先探測(cè)到了引力波。

而LISA、“天琴”就要低頻一些了，它們對(duì)頻率為約為10-2到10-4左右的信號(hào)最敏感。因此它們更適合尋找銀河系中相對(duì)慢速繞轉(zhuǎn)的雙致密星，以及因身材龐大而轉(zhuǎn)不快的超大質(zhì)量雙黑洞。