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两颗互相环绕运行的白矮星产生的引力波（示意图）。NASA 爱因斯坦拥有一种与众不同的时空观。时间和空间在广义相对论中是互相关联的。它们彼此依赖，也取决于时空内的质量和能量，而且还能随时间而变化。 单一的静止质量体，虽然会弯曲时空，却无法让时空变化。但是假如往时空中加入第二个质量体，两者就会相互靠近并加速，进而影响时空的结构。特别值得一提的是，存在于引力场中的运动质量体不但会被加速，还会产生一种新型的辐射：引力辐射。 引力辐射和其它辐射是有区别的。以光速传播的引力辐射携带有从加速的质量体那里获得的能量。两个质量体如果互相环绕运行，它们的轨道就会逐渐衰减。损失的能量，就会以引力辐射的形式释放出来。这种辐射在本质上不是一种物质性的波，而是时空本身的波动。 地球轨道也会衰减，但地球的质量相对太小，距离太阳相对太远，整个衰减过程至少需要10^150年，远超当前宇宙的年龄和最长寿恒星的一生。不过对于一对互相环绕运行的黑洞或中子星来说情况就不同了，它们的轨道衰减在可观测的范围之内。 我们无法直接探测到这些极端天体系统。但一对互相环绕运行且终将合并的黑洞，会在其演化的各个阶段，如内旋（inspiral）、并合（merger）、结束（ringdown），产生特征性的信号。这些信号都以引力波的形式存在。 LIGO（激光干涉仪引力波天文台）之所以能够探测到引力波，是因为它利用了引力波辐射的独特性，也就是时空在引力波影响下发生的变形。 在引力波的影响下，时空会在两个相互垂直的方向上收缩和膨胀。而这种收缩和膨胀的频率与强度，与产生它们的源头有关。内旋质量体的质量、间距、与地球的距离等数据就藏匿其中。 LIGO的工作原理，是有两条4公里长且一端垂直相连的真空管道，管道的一端射出一束激光，光束分离器把这束激光一分为二。分离后的两束激光拥有完全相同的频率和波长，且各自沿着一条管道前行。经过一系列的镜面反射后，光束的实际穿越距离被增加到数千公里。然后它们返回起点，合并回一束激光，形成一个干涉图样，进入光电探测器。 在没有引力波经过的情况下，这两条激光束穿越的距离是相等的，干涉图样也不会有异常。但如果恰好有引力波经过，由于时空的变形，图样会产生一定的偏差，从这种偏差中，我们就能获知这对遥远天体离我们有多远，并读出它们各自的质量和彼此的间距。 安装在美国汉福德的LIGO。LIGO LIGO目前一共有两套设备，分别安装在美国西北部的汉福德和东南部的利文斯顿。只要有一个信号被这两套设备同时发现，就能确认探测到了引力波。最新版本的LIGO能够感知到质量一至数百倍于太阳的双黑洞在数亿光年外发生的合并，而这样的事件每年至少会发生好几次。 科研人员正在为LIGO升级设备。加州理工学院 LIGO实际上是一个庞大的国际科学合作组织，有将近1000名科学家在为它工作。在这些学者的努力下，天文学开启了一个属于引力波的新纪元。人类由此获得了一种不必使用望远镜，就可以发现黑洞、中子星等隐秘天体的技术，获得了一种地球上其它物种没有的宇宙感知能力。 |
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