科学家捕捉到引力波（超大引力波被科学家捕获）

科学家捕捉到引力波（超大引力波被科学家捕获）（LIGO）团队在观测到引力波之后又经过数月的数据校验核对，于2016年2月11日宣布发现了引力波。这束产生于双黑洞的引力波信号与广义相对论中对双黑洞旋近、并合以及并合后的黑洞会发生衰荡的理论预测相符。这个引力波信号被命名为：GW150914，其名称的意义是“引力波2015年9月14日”，GW是重力波"Gravitational Wave"，150914是发现日期。GW150914也是人类对双黑洞并合的首度观测，展示了双黑洞系统确实存在，且其并合在宇宙的目前阶段仍能发生。此次探测验证了广义相对论最后一项未被证实的理论预测，同时开启了引力波天文学的新纪元。引力波就此作为一种粒子和电磁波之外的新的探针，将被用于探测过去未能探测到的天体现象，如中子星的诞生、演化以及衰亡以及宇宙诞生之初的图景。GW150914探测结果及理论分析直到1974年，拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒发现赫尔斯

2023年6月30日，包括中国科学家在内的多国科学团队同时发表了一系列论文，宣布我们找到了宇宙背景引力波的证据。这无疑是一个爆炸性的新闻 。

美国著名理论物理学家基普·索恩在发布会现场

那么在说明这一重大发现之前，我们就必须解释一下什么是引力波？

当你把一块石头投掷到池塘里时，会在池塘表面产生涟漪，从石头入水的位置向外传播。那么想象一下让这块石头变大，变成地球甚至太阳那么大，当它加速度运动时候，就会在时空中也产生涟漪，这个涟漪就会从带质量物体位置向外传播，这种时空的涟漪就是引力波。1916年，阿尔伯特·爱因斯坦就根据他的广义相对论预言了引力波的存在，不过非常很遗憾，引力本身作为一种力实在是太小了，小到一整个地球产生的引力都可能敌不过一个小朋友从桌子上拿起杯子的力量。因为引力很小，所以因为引力产生的引力波更是微小到离谱，所以在爱因斯坦预言了引力波的存在后的一百多年里，人们根本无法探测到它。

直到1974年，拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒发现赫尔斯－泰勒脉冲双星。这双星系统在互相公转时，由于不断散发重力波而失去能量，因此逐渐相互靠近，这现象为引力波的存在提供了第一个间接证据，人们才间接观察到了引力波，而两人也因此获得了1993年的诺贝尔物理学奖。

蟹状星云，其中心附近存在一颗年轻的脉冲星PSR J0534 2200

2014年3月17日，哈佛－史密松天体物理中心的天文学家宣布利用BICEP2探测器在宇宙微波背景中观测到B模偏振，但在后来的分析验证中发现无法排除星际尘埃的可能，该研究团队并于2015年1月30日承认资料判读有误。若后续实验能确切得到重力波效应的成果，将成为宇宙暴胀和大爆炸理论的强烈证据。2016年2月11日，爱因斯坦预言重力波百年之际，激光干涉重力波天文台（LIGO）团队在华盛顿宣布于2015年9月14日9时51分许完成人类对于引力波的首次直接探测。

GW150914探测结果及理论分析

（LIGO）团队在观测到引力波之后又经过数月的数据校验核对，于2016年2月11日宣布发现了引力波。这束产生于双黑洞的引力波信号与广义相对论中对双黑洞旋近、并合以及并合后的黑洞会发生衰荡的理论预测相符。这个引力波信号被命名为：GW150914，其名称的意义是“引力波2015年9月14日”，GW是重力波"Gravitational Wave"，150914是发现日期。GW150914也是人类对双黑洞并合的首度观测，展示了双黑洞系统确实存在，且其并合在宇宙的目前阶段仍能发生。此次探测验证了广义相对论最后一项未被证实的理论预测，同时开启了引力波天文学的新纪元。引力波就此作为一种粒子和电磁波之外的新的探针，将被用于探测过去未能探测到的天体现象，如中子星的诞生、演化以及衰亡以及宇宙诞生之初的图景。

不过，2015年后几次发现的引力波，这次是不同的：之前的发现都是“小”波，是中小型黑洞碰撞融合产生的。这一次是“大”波！2015年那次观察到的两个黑洞，一个是太阳的36倍，另一个是太阳的29倍，以人类的尺度来说，已经大到难以想象了。可就算是这么大的两个天体，产生的引力波也只能让4千米长的探测器伸缩千分之一个质子那么大点而已。不过这种中小型黑洞的碰撞有一个好处，那就是它发出的引力波是高频的，比较“尖细”，只需要区区几千米的探测器就能检测到。如果是更大规模的引力变化，比如超巨大黑洞、大爆炸回响什么的，发出的引力波是低频的，那就需要超长的探测器——整个地球甚至整个太阳系都摆不下的那种。

如果探测器的天线整个地球都装不下，那人类怎么可能造得出来呢？我们的聪明的物理学家和天文学家非常擅长把自然界已经存在的超巨大物体变成探测器的一部分。这回，他们用的是天上的星星 也就是“脉冲星”。

1967年10月，剑桥大学卡文迪许实验室（Cavendish Laboratory）的安东尼·休伊什（Antony Hewish）教授的研究生——24岁的乔丝琳·贝尔·伯奈尔（Jocelyn Bell Burnell）检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号，它们的周期十分稳定，为1.337秒。起初她以为这是外星人“小绿人”（LGM Little Green Man）发来的信号，但在接下来不到半年的时间里，又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号。后来人们确认这是一类新的天体，并把它命名为“脉冲星”。

约瑟琳·贝尔·伯奈尔 拍摄于1967年6月

这种电磁波信号每隔一段固定时间就出现然后消失，像脉搏一样，无线电传统管这样不连续的信号叫“脉冲”，所以发射这个信号的天体，就得名为脉冲星。脉冲星的发现后来得到了诺贝尔奖。（但贝尔本人却没有获奖，这是诺奖历史上对女科学家不公正的著名案例之一）脉冲星中的引力波爆发。

脉冲星是中子星的一种，换句话说是“死掉的星星的尸体”。脉冲星发射出来的电磁波本身是连续的而不是脉冲的，但是它的电磁波只向自己的两极发射，同时它又在高速旋转，所以只有它的电磁波扫过地球的时候我们才能看见。从地球上看它，就像在大海上看灯塔的光一样，隔一段时间就闪烁一次。道理上讲，闪烁的间隔对应它旋转的间隔，应该是完全规律的——实际上，它的电磁波在抵达地球的路上会受到各种小干扰，所以能观察到微小的不规律。科学家盯上的，就是这个规律里藏着的不规律。如果脉冲星的信号在来地球的路上遇到了引力波，它的路途本身就会因为引力波而变长或者变短，花的时间也会因此而变化。通过观察这个变化，我们就等于是把我们和脉冲星之间的全部空间，都变成了引力波的探测器。

当然，说起来容易做起来难。能干扰脉冲星信号的除了引力波，还有很多别的因素，需要一一排除掉。而且引力波的影响极为微小，引发的周期变化也许只有1微秒，需要非常精密的仪器。所以世界各国的科学家联手探测了二十多年，才得到了这次的结果。

本次发现的并不仅仅是单一的引力波事件，而是全世界的数据大成，来自北美、欧洲、澳大利亚、印度、日本，当然还有中国的全球研究者共同汇报了无数望远镜的观测结果。这一结果支持了早已有之的猜想：宇宙沉浸在引力波的背景之中，每一个地方都有久远的低频引力波在震荡。打个比方，地球像一艘小船，漂泊在宇宙引力波的汪洋大海里，之前几年我们探测到了船体的震动，证明这大海里存在波浪。但现在我们终于能探出头来望向大海，亲眼看到了遍布海面的浪花。

星云和脉冲星的太空景观

不过这也带来了众多新的问题，比如说， 我们并不确定这些低频引力波来自于什么事件。两个超巨大黑洞的碰撞看起来是最可能的原因，但还有很多其他可能的原因。也许是宇宙膨胀时的波纹？也许是早期宇宙相变留下的痕迹？也许是空间里的缺陷网络？关于宇宙的大尺度结构我们还有很多不知道的东西。但也正因此，观察低频引力波背景才是这么刺激的一件事：它给很多未知的宇宙事件打开了大门。此外，这些结果的质量并没有都抵达物理学的“金标准”，也就是一种新现象纯属巧合的概率低于百万分之一——才能当作“实锤”来看待。本次发表的结果并没有都满足这一要求。

和宇宙相比，人类的感官所能覆盖的范围实在太过渺小。百万年前一个人仰望星空时看到的或许超越了全部的人类体验，但放在整个物质世界里，他的所见连沧海一粟都不如。后来，人类发明了望远镜、无线电、光谱仪，宇宙的侧面被一一揭开，但总有更多的秘密隐藏在人类感知不到的黑暗里。引力波的探测是百万年来无数新开启大门里最新的一扇，而引力波背景，则是它最新的里程碑。