引力波是一種“時空漣漪”,如同石頭丟進水裡產生的波紋一樣。黑洞、中子星等天體在碰撞過程中可能會產生引力波。2015年,LIGO的兩個探測器捕捉到了由雙黑洞碰撞產生的引力波訊號,這是人類歷史上首次直接探測到引力波,LIGO三位成員因此獲2017年諾貝爾物理學獎。此後,LIGO和Virgo又先後探測到30多次疑似引力波訊號,大部分源自雙黑洞碰撞。
美國理論物理學家基普·索恩就是首次探測到引力波並獲得諾貝爾獎中的一員,比他在電影《星際穿越》中作為科學顧問預測的發現時間——2019年提前了4年。2018年他來訪中國的時候說道,“中國有大型天文望遠鏡,這是得力的研究工具。中國在引力波探測等方面的前景也讓我感到振奮”。
事實上,中國研發的“天琴一號”技術驗證試驗衛星預計在今年年底發射,而這顆衛星主要的用途便是探測引力波。“天琴一號”技術驗證試驗衛星將會對高精度空間慣性感測器、無拖曳控制技術、微牛頓量級的推進技術、鐳射干涉儀等儀器和裝置進行驗證性測試,目的是為今後更加先進的衛星做好準備。和地基引力波探測器相比,發射在太空的空間引力波探測臂長更長,可以探測更低頻的引力波訊號,這對研究宇宙形成與演化具有重大意義。
同時,由高能所牽頭,國內多家科研院所和大學參與的阿里原初引力波探測計劃將在中國西藏阿里地區海拔5250米的觀測站開展對原初引力波的探測,2017年1月,投資1.3億,世界海拔最高引力波觀測站在西藏阿里地區破土動工,建成執行後可首次實現北半球地面原初引力波觀測,帶領中國原初引力波研究進入國際前沿,但目前依舊在建設中。
也許是因為我們沒有合適的參與設施,也許是因為別的原因,近期一項規模更大的國際引力波聯合探測計劃簽署,連印度都參加了,卻沒有出現中國的身影。這不能不說是一個極大的遺憾,引力波的探測需要多國協作,共享資料才有可能獲得更大的進展。
據新華社報道,10月4日,美國鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)、歐洲“處女座”(Virgo)引力波探測器和日本神岡引力波探測器(KAGRA)專案代表4日就合作事宜簽署協議備忘錄,內容包括聯合探測與資料共享。
LIGO當天釋出新聞公報介紹了這一合作計劃。“這是國際科學合作的一個典範,日本探測團隊的加入有助於增強未來10年引力波探測的科學水平,”LIGO執行主任戴維·賴茨說,“全球引力波探測網路中的探測器數量越多,越能準確定位引力波訊號,幫助人類更好地探明引力波事件的本質。”
KAGRA專案首席科學家、諾貝爾物理學獎得主梶田隆章表示,KAGRA探測器今年春季已完成建設,目前正處於除錯階段,期待今年晚些時候能夠加入全球引力波探測網路。據介紹,KAGRA預計將於今年12月首次開始工作,加入今年4月啟動的LIGO和Virgo第三輪引力波探測。KAGRA的特別之處在於,它是首個在地下執行的千米級引力波探測裝置,這有助於降低風和地震活動產生的噪聲訊號;同時它還是首個運用低溫冷鏡技術的引力波探測器,該技術可降低熱噪聲。
協議備忘錄的參加者還包括德英合作的引力波探測器GEO600,這一探測器雖然精度不足以探測遙遠黑洞或中子星碰撞產生的引力波,但可以驗證引力波探測的新技術。此外,印度的鐳射干涉引力波天文臺也計劃於2025年加入。