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56 为什么过了100年我们才探测到引力波（第1页）

56　为什么过了100年我们才探测到引力波？

爱因斯坦的广义相对论是20世纪最重要的物理学成就之一，广义相对论的一大预言就是存在“引力波”。广义相对论认为不存在万有引力，万有引力无非是因为时空的扭曲，使得物体的运动状态发生改变。如果这种运动状态的改变硬要用牛顿定律来解释的话，导致必须加一个概念叫引力，但本质上引力不是一个真的力。

如果时空扭曲的理论是正确的，那么就可以想象，时空就跟弹性体一样。比如，一个蹦床，有人在上面蹦来蹦去，蹦床的扭曲状态就一直在变。如果时空的扭曲程度一直在随时间发生改变，这种时空扭曲程度的改变也应该可以传播出去。时空扭曲程度变化规律的传递就是引力波。

引力波很难探测，爱因斯坦提出广义相对论以后100年才被LIGO捕捉到。因为引力实在是太弱了，但大型实验装置LIGO于2015年探测到了引力波。它是怎么做到的呢？

LIGO主要由两条相互垂直、长4千米的光路构成。光路足够长，才能看出时空扭曲程度的变化。发射一道激光，到达两道光路的交会点处，被分成两束激光。这两束光会分别进入两条光路，传播到光路的终点再回弹，回弹以后汇聚到同一处，这两条激光会产生干涉现象并形成干涉条纹。

这时如果有引力波传递过来，两条光路的长短会因为时空的扭曲而发生变化。由于这两条光路是相互垂直的，引力波除非刚好是以45度夹角传递过来，否则两条光必定经受不同大小的长度变化。也就是说，引力波传递过来，两条光路的长短改变了，且改变的程度不一样。如此一来，两条激光走过的路程就不一样长了，它们再汇聚的时候，干涉的情况就会变化，干涉条纹就会随之变化。

就在2015年9月，这个变化被察觉到了。LIGO给出了一个信号，这个信号被称为“黑洞在唱歌”。这是13亿光年之外，两个黑洞融合成一个大黑洞的过程中，强烈撕扯扭曲时空所致，也只有剧烈到黑洞等级的天文现象，才能让时空的扭曲程度足够强，被人类的实验仪器探测到。即便如此，时空扭曲的起伏还是很小。据说为了探测这次的引力波，要让实验仪器的精度达到的百分比，差不多是一根头发丝的直径除以北京到上海的距离。

LIGO的成功，可以说是人类实验技术的一大胜利。LIGO项目的投资巨大，据说实验前后花了上百亿美元。这个成果的三位主要贡献者立即于2017年获得了诺贝尔物理学奖。

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