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13.4億年前，在距離地球非常非常遙遠(yuǎn)的地方發(fā)生了一件大事情。這可以算是宇宙中毀天滅地的大災(zāi)難。不過(guò)它和地球上發(fā)生的任何災(zāi)難都不同，不像是小行星撞擊一樣，發(fā)生劇烈的爆炸，然后地震、海嘯、火山噴發(fā)。宇宙中這場(chǎng)災(zāi)難發(fā)生的靜悄悄的，假如你就在附件，你甚至不會(huì)看到耀眼的光亮。

因?yàn)榘l(fā)生的事情是兩個(gè)黑洞相撞了。它們非常地巨大，一個(gè)有36個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量，一個(gè)有29個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量。它們?cè)谟钪嬷锌焖俚叵嗷バD(zhuǎn)著，逐漸地靠近，就像是被吸進(jìn)了下水道的漩渦。因?yàn)楹诙淳薮蟮囊?，還會(huì)拖拽著周?chē)目臻g發(fā)生這變形和扭曲，隨著它們的旋轉(zhuǎn)釋放出陣陣的引力波。

引力波向外擴(kuò)散，以光速前進(jìn)。因?yàn)橐Σㄊ强臻g本身的震蕩，所以不會(huì)有任何東西阻攔到它。然后，就這樣光速行駛了13.4億年之后抵達(dá)了地球。13.4億光年的距離，已經(jīng)讓引力波的能量衰減得非常嚴(yán)重，它穿過(guò)地球穿過(guò)我們每一個(gè)人的時(shí)候，我們不會(huì)有任何感覺(jué)。

不過(guò)在地球上卻有一群科學(xué)家卻一直期待著它到來(lái)。他們?yōu)榇私⒘她嫶蟮脑O(shè)備，等待了很久，心中期盼著來(lái)吧來(lái)吧，任何一個(gè)引力波過(guò)來(lái)都可以。于是在2015年9月14日，屏幕上的圖像跳動(dòng)了，引力波被接收到了，那里的科學(xué)家簡(jiǎn)直不敢相信這一切，又經(jīng)過(guò)反復(fù)地驗(yàn)證，最后在2016年2月14日發(fā)布消息，引力波第一次被人類(lèi)確認(rèn)存在，至此愛(ài)因斯坦所有廣義相對(duì)論的預(yù)言都得到了驗(yàn)證。

發(fā)現(xiàn)它的是激光干涉引力波天文臺(tái)，英文單詞首字母縮寫(xiě)是LIGO。1992年開(kāi)始籌劃，1999年年底建成，中間十幾年一直沒(méi)有什么發(fā)現(xiàn)，直到2015年重新進(jìn)行了升級(jí)，沒(méi)幾個(gè)月就發(fā)現(xiàn)了引力波。大家可以看一下下面這個(gè)圖，這個(gè)設(shè)備非常巨大，就像是一個(gè)巨型的直角尺。兩個(gè)垂直著的是激光的通道，有3000米長(zhǎng)，從頭跑到尾相當(dāng)于跑操場(chǎng)10圈。

因?yàn)橐Σㄊ菍?duì)空間本身的壓縮，當(dāng)引力波經(jīng)過(guò)的時(shí)候就會(huì)把這么長(zhǎng)的通道壓縮得小那么一點(diǎn)點(diǎn)，然后和就能拿來(lái)和另一個(gè)沒(méi)有壓縮的進(jìn)行比較，這個(gè)時(shí)候就能知道短了多少。就是通過(guò)這樣的方法來(lái)確認(rèn)是否有引力波。問(wèn)題是如何測(cè)量通道長(zhǎng)度的變化呢？難道是用尺子量嗎？用尺子是不行的，因?yàn)槌咦颖旧硪矔?huì)隨著空間的壓縮而壓縮，尺子和通道一起縮短，最后測(cè)出來(lái)就是沒(méi)有變化。

所以才會(huì)用激光來(lái)測(cè)量，光速是不變的，不會(huì)隨著空間的變化而變化，所以只需要知道光從一頭到另一頭所花的時(shí)間有沒(méi)有改變就可以知道距離是否產(chǎn)生了變化。這也是為什么這個(gè)通道要這么長(zhǎng)，一個(gè)原因是引力波已經(jīng)非常弱了，通道就像是天線一樣，越長(zhǎng)信號(hào)越好；再一個(gè)就是畢竟是要用激光來(lái)測(cè)量的，光度太快，通道太短的話就太難被測(cè)量到了。其實(shí)實(shí)際上，是激光從兩個(gè)通道交匯處發(fā)出，然后到達(dá)兩端會(huì)被反射回來(lái)再次相交，只要在原地就可以互相驗(yàn)證得出是否距離縮短了。

通過(guò)這樣的方法就可以測(cè)量到非常小的距離變化，小到多少呢？可以小到質(zhì)子的千分之一。大家可能想不到這精確度有多高啊，我可以舉一個(gè)比較形象的例子，如果把質(zhì)子的千分之一放大到和螞蟻一樣大，你能想象到3000米的激光通道會(huì)被放大到多少嗎？是和地球一樣大嗎？不是。是和太陽(yáng)系一樣大嗎？也不是，而且還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。答案是要比銀河系的直徑還要大。在銀河系里面找一顆星球都非常的困難，而LIGO相當(dāng)于可以觀察到一只螞蟻大小的變化。

也正是因?yàn)榫纫筮@么高，所以在測(cè)量的時(shí)候周?chē)遣荒苡衅渌蓴_的，如果周?chē)衅?chē)火車(chē)經(jīng)過(guò)就會(huì)影響準(zhǔn)確性。所以才會(huì)建立在無(wú)人的荒原上，而且還是一建就建了2個(gè)。這兩個(gè)LIGO相距有3000多公里，大家可以看一下下面的圖，幾乎夸過(guò)了整個(gè)美國(guó)。這樣，就可以互相驗(yàn)證。如果只有一個(gè)探測(cè)到了有波動(dòng)，另一個(gè)沒(méi)有，那么很可能就是受到了干擾，不過(guò)如果兩個(gè)同時(shí)探測(cè)到了，那就不大可能是受到了干擾，而非常有可能是引力波了。

不知道大家在聽(tīng)歷史或是看紀(jì)錄片的時(shí)候有沒(méi)有這一種感覺(jué)，在某某時(shí)期發(fā)生了一件事，代表了某個(gè)時(shí)代的到來(lái)。就比如18世紀(jì)瓦特改良了蒸汽機(jī)，代表著工業(yè)革命時(shí)代開(kāi)啟；19世紀(jì)末愛(ài)迪生發(fā)明電燈，代表著電氣時(shí)代到來(lái)；20世紀(jì)40年代，第一個(gè)原子彈爆發(fā)，代表著人類(lèi)進(jìn)入了核能時(shí)代?？偢杏X(jué)生活在那個(gè)時(shí)代的人非常幸運(yùn)，可以親自見(jiàn)證某件改變世界的事情發(fā)生，而自己生活的時(shí)代卻平淡無(wú)奇。

可能你并不清楚，引力波的發(fā)現(xiàn)就是一件可以載入史冊(cè)的大事件，而且很有可能它就是那個(gè)代表著一個(gè)新時(shí)代到來(lái)的大事件。原因我們上期也講到過(guò)，因?yàn)橐Σǖ陌l(fā)現(xiàn)代表著，人類(lèi)終于有了一種超越電磁波的方式去觀察宇宙，很多原來(lái)不可能被探知的秘密現(xiàn)在有了可能。

當(dāng)然，如果想實(shí)現(xiàn)對(duì)宇宙更深入地了解，只靠LIGO是不夠的。引力波在傳播的過(guò)程中衰減的太快了，就像這一次探測(cè)到的引力波，即使是黑洞碰撞如此劇烈的宇宙現(xiàn)象，釋放出的引力波到了地球也只能用這么精密的儀器才能探測(cè)到，可見(jiàn)這件事的難度。如果想要探測(cè)到更細(xì)微的引力波，只有兩種方法，要么是實(shí)現(xiàn)去辨別更短的距離，不是現(xiàn)在這樣質(zhì)子的千分之一，而是萬(wàn)分之一或是十萬(wàn)分之一；另一個(gè)方法，就是把激光的通道加長(zhǎng)，每加長(zhǎng)一倍就相當(dāng)于把測(cè)量精度提高一倍。

去探測(cè)更小的距離變化是不太可能了，再小就是量子級(jí)別了，所以只能把激光通道增大。于是，科學(xué)家們就做出了一個(gè)新的計(jì)劃，打算把引力波探測(cè)器放在太空中。這個(gè)引力波探測(cè)裝置叫做演化激光干涉空間天線，英文單詞縮寫(xiě)是eLISA。由它構(gòu)成的激光通道可是相當(dāng)長(zhǎng)的。它是由3個(gè)相同的航天器構(gòu)成，互相之間通過(guò)激光聯(lián)系成一個(gè)等邊三角形，一個(gè)邊長(zhǎng)就有5百萬(wàn)千米。

它們也不是像衛(wèi)星一樣繞著地球旋轉(zhuǎn)，而是會(huì)跟在地球后面一起繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。大家可以看一下下面這個(gè)圖，就是eLISA的想象圖。如果不出意外，按照計(jì)劃2034年它們就可以投入使用了。到時(shí)候就應(yīng)該會(huì)有無(wú)數(shù)的新發(fā)現(xiàn)等著科學(xué)家們了。