科普：探测“时空的涟漪”——解读２０１７诺贝尔物理学奖成果　

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10月3日，在瑞典斯德哥尔摩，新闻发布会上展示了2017年诺贝尔物理学奖的三位美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩(从左到右)的照片。瑞典皇家科学院3日宣布，2017年诺贝尔物理学奖将授予美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩，以表彰他们对引力波发现的贡献。新华社(石天琦摄)

新华社北京10月3日电(记者胡丹丹黄坤)我们可以通过听声音来辨别乐器的类型和结构，物理学家也用类似的方法研究宇宙。引力波就是这样一种“时间空 ”,它可以被极其灵敏的探测器“听到”,并将宇宙的信息传递给我们。

美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩获得了2017年诺贝尔物理学奖，因为他们对LIGO项目和引力波发现做出了贡献。

首先，什么是引力波？

根据爱因斯坦的相对论，时间空可以弯曲，当一个质量物体在其中运动时会产生引力波。当石头被扔进水中时就像水波一样，所以引力波通常被称为“时间的涟漪空".”

然而，这种由普通物体产生的引力波如此微弱，以至于连爱因斯坦本人都认为不可能观测到它。事实上，由LIGO项目观测到的两个黑洞的合并所产生的引力波，在仪器中只引起比原子核小得多的变化。

自从爱因斯坦发表他的相对论100年以来，许多预言，例如水星的近日点进动和引力红移效应，已经被证实，但是引力波还没有被探测到。因此，引力波也被称为广义相对论实验验证中最后一个缺失的难题。

第二，如何探测引力波？

今年的获奖者创建并领导了LIGO项目，该项目有两个引力波探测器，分别位于美国路易斯安那州的利文斯顿和华盛顿州的汉福德，两地相距3000公里。每个探测器有两个L形长臂，每个“臂长”为4公里。

这个巨大的实验装置被设计成通过长距离激光干涉尽可能放大引力波的影响。当来自遥远宇宙的引力波到达地球时，它只会引起相当于实验装置中原子核大小万分之一的变化。这种微弱的信号也可以被这种设备检测到。研究人员认为，这是迄今为止最复杂的科学测量设备。

2015年9月14日，LIGO项目最终探测到了13亿年前双黑洞系统合并产生的引力波信号。随后，科学界三次探测到引力波。上一次是在今年9月27日，当时美国和欧洲的两个引力波项目小组宣布，他们在8月14日首次联合探测到了一次引力波事件。

第三，引力波有什么用？

引力波为人们了解宇宙开辟了一条新的途径。过去，科学界主要依靠光学望远镜、射电望远镜和其他手段来探测宇宙，而引力波是与光不同的信息载体。

通过分析引力波信号，我们可以判断在遥远的宇宙中发生了什么。例如，在2015年的引力波事件中，可以推断出合并前两个黑洞的质量分别相当于36个和29个太阳质量，总质量是62个太阳质量。相当于三个太阳质量的能量在不到一秒钟内以引力波的形式释放出来，这是宇宙中的一个巨大变化。

引力波的波形特征与声波相似，这就是为什么科学家们将引力波转换成声波，并将其演奏为“宇宙之声”。通过探测引力波来分析宇宙中的各种事件就像根据声波来判断乐器的结构和音乐家的演奏技巧。

当引力波首次被发现时，LIGO项目小组的发言人、路易斯安那州立大学的物理学家加布里埃拉·冈萨雷斯说:“这一发现是一个新时代的开始，引力波天文学现在已经成为现实。”

至于引力波在现实生活中的应用，科学家们说，包括时间空旅行在内的科幻想法还很早，目前使用引力波进行宇宙通信还很遥远。然而，引力波的发现无疑打开了一扇新的大门，并为未来增加了更多新的可能性。