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  • 1 # 刁博

    2016年2月11日,美國鐳射干涉引力波天文臺LIGO和歐洲處女座干涉儀團隊共同宣佈人類首次直接探測到了引力波。2017年,諾貝爾物理學獎授予了韋斯、巴里什和索恩,以表彰他們在LIGO探測器及引力波觀測方面做出的傑出貢獻。

    LIGO探測器就是發現引力波的鐳射干涉儀,這是一個極其精密的大傢伙,它有兩隻長長的手臂,每隻手臂長達4千米。在兩隻手臂的終端還放有平面鏡,手臂交匯處的鐳射源發出的鐳射分成兩束後在兩隻手臂內還要來回反射大約50次以增加有效臂長。當宇宙深處的引力波傳來時,會使兩隻手臂的長度發生微小的變化,這個變化可能只有質子直徑的千分之一。這點變化已經足可以讓兩束鐳射會合後產生的干涉條紋發生變化,透過觀察干涉條紋的變化就有可能發現引力波的蹤跡。

    在LIGO之前,還有很多同樣原理的引力波探測器,它們的手臂長度很多隻是幾百米甚至幾十米,它們沒有探測到引力波主要是因為手臂太短。

    探測引力波需要用到龐然大物,這肯定會對引力波的研究以及多信使天文學的發展有一定的不利影響。如果能夠製造出放在辦公桌上的引力波探測器,那肯定會非常有利於引力波的研究以及多信使天文學的發展。小尺寸的引力波探測器真的就沒有希望嗎?未必。

    上世紀60年代,探測引力波的先驅人物,美國馬里蘭大學的約瑟夫·韋伯發明了一種引力波探測裝置韋伯天線(又叫韋伯棒),這種裝置並不需要佔據太大的空間,不比一張桌子佔據的空間大多少。

    有人也許會問,若是實驗室旁邊有重型卡車經過,不也會引起鋁棒的晃動嗎?這種問題科學家早就想到了,並且找到了解決的辦法。韋伯設計了兩個韋伯天線,放在相距1000千米的兩地,宇宙深處的引力波傳來後兩套實驗裝置會同時給出一樣的引力波的訊號。這樣就能排除掉汽車、地震等因素造成的干擾。其實包括LIGO也是設有兩個觀測點,目的也是為了排除掉周圍的干擾。

    韋伯的這套實驗裝備從理論上講完全沒有問題,在1968年也曾宣佈發現了引力波的可靠訊號,當時就引起了轟動。不過後來的實驗沒有重複發現類似的景象,甚至有人表達了對韋伯的不信任,科學界並未認定是韋伯最早發現了引力波。

    韋伯的工作可謂是開了先河,引領了一批學者投身到引力波的探測中。索恩就是當年的一位,為了探測到引力波,索恩也經歷了重重失敗。慶幸的是他堅持了下來,終於取得了最終的巨大勝利。在發現引力波的新聞釋出會上,索恩評價韋伯是這一領域的“真正父輩先驅”。韋伯的遺孀也被邀請到會場坐在聽眾席的第一排出席會議。

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