兩顆互相環(huán)繞運(yùn)行的白矮星產(chǎn)生的引力波（示意圖）。NASA
愛(ài)因斯坦擁有一種與眾不同的時(shí)空觀。時(shí)間和空間在廣義相對(duì)論中是互相關(guān)聯(lián)的。它們彼此依賴(lài)，也取決于時(shí)空內(nèi)的質(zhì)量和能量，而且還能隨時(shí)間而變化。
單一的靜止質(zhì)量體，雖然會(huì)彎曲時(shí)空，卻無(wú)法讓時(shí)空變化。但是假如往時(shí)空中加入第二個(gè)質(zhì)量體，兩者就會(huì)相互靠近并加速，進(jìn)而影響時(shí)空的結(jié)構(gòu)。特別值得一提的是，存在于引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量體不但會(huì)被加速，還會(huì)產(chǎn)生一種新型的輻射：引力輻射。
引力輻射和其它輻射是有區(qū)別的。以光速傳播的引力輻射攜帶有從加速的質(zhì)量體那里獲得的能量。兩個(gè)質(zhì)量體如果互相環(huán)繞運(yùn)行，它們的軌道就會(huì)逐漸衰減。損失的能量，就會(huì)以引力輻射的形式釋放出來(lái)。這種輻射在本質(zhì)上不是一種物質(zhì)性的波，而是時(shí)空本身的波動(dòng)。
地球軌道也會(huì)衰減，但地球的質(zhì)量相對(duì)太小，距離太陽(yáng)相對(duì)太遠(yuǎn)，整個(gè)衰減過(guò)程至少需要10^150年，遠(yuǎn)超當(dāng)前宇宙的年齡和最長(zhǎng)壽恒星的一生。不過(guò)對(duì)于一對(duì)互相環(huán)繞運(yùn)行的黑洞或中子星來(lái)說(shuō)情況就不同了，它們的軌道衰減在可觀測(cè)的范圍之內(nèi)。
我們無(wú)法直接探測(cè)到這些極端天體系統(tǒng)。但一對(duì)互相環(huán)繞運(yùn)行且終將合并的黑洞，會(huì)在其演化的各個(gè)階段，如內(nèi)旋（inspiral）、并合（merger）、結(jié)束（ringdown），產(chǎn)生特征性的信號(hào)。這些信號(hào)都以引力波的形式存在。
LIGO（激光干涉儀引力波天文臺(tái)）之所以能夠探測(cè)到引力波，是因?yàn)樗昧艘Σㄝ椛涞莫?dú)特性，也就是時(shí)空在引力波影響下發(fā)生的變形。
在引力波的影響下，時(shí)空會(huì)在兩個(gè)相互垂直的方向上收縮和膨脹。而這種收縮和膨脹的頻率與強(qiáng)度，與產(chǎn)生它們的源頭有關(guān)。內(nèi)旋質(zhì)量體的質(zhì)量、間距、與地球的距離等數(shù)據(jù)就藏匿其中。
LIGO的工作原理，是有兩條4公里長(zhǎng)且一端垂直相連的真空管道，管道的一端射出一束激光，光束分離器把這束激光一分為二。分離后的兩束激光擁有完全相同的頻率和波長(zhǎng)，且各自沿著一條管道前行。經(jīng)過(guò)一系列的鏡面反射后，光束的實(shí)際穿越距離被增加到數(shù)千公里。然后它們返回起點(diǎn)，合并回一束激光，形成一個(gè)干涉圖樣，進(jìn)入光電探測(cè)器。
在沒(méi)有引力波經(jīng)過(guò)的情況下，這兩條激光束穿越的距離是相等的，干涉圖樣也不會(huì)有異常。但如果恰好有引力波經(jīng)過(guò)，由于時(shí)空的變形，圖樣會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，從這種偏差中，我們就能獲知這對(duì)遙遠(yuǎn)天體離我們有多遠(yuǎn)，并讀出它們各自的質(zhì)量和彼此的間距。
安裝在美國(guó)漢福德的LIGO。LIGO
LIGO目前一共有兩套設(shè)備，分別安裝在美國(guó)西北部的漢福德和東南部的利文斯頓。只要有一個(gè)信號(hào)被這兩套設(shè)備同時(shí)發(fā)現(xiàn)，就能確認(rèn)探測(cè)到了引力波。最新版本的LIGO能夠感知到質(zhì)量一至數(shù)百倍于太陽(yáng)的雙黑洞在數(shù)億光年外發(fā)生的合并，而這樣的事件每年至少會(huì)發(fā)生好幾次。
科研人員正在為L(zhǎng)IGO升級(jí)設(shè)備。加州理工學(xué)院
LIGO實(shí)際上是一個(gè)龐大的國(guó)際科學(xué)合作組織，有將近1000名科學(xué)家在為它工作。在這些學(xué)者的努力下，天文學(xué)開(kāi)啟了一個(gè)屬于引力波的新紀(jì)元。人類(lèi)由此獲得了一種不必使用望遠(yuǎn)鏡，就可以發(fā)現(xiàn)黑洞、中子星等隱秘天體的技術(shù)，獲得了一種地球上其它物種沒(méi)有的宇宙感知能力。
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