引力和引力波
在進(jìn)入正題介紹引力波探測器之前巍杈，先很快的回顧一下引力和引力波的基本常識(shí)。任何有質(zhì)量的物體都會(huì)扭曲其周圍的時(shí)空扛伍。引力其實(shí)是這種扭曲的表象筷畦。一個(gè)常用的比喻是：想象時(shí)空是一塊二維的彈性布料，一個(gè)實(shí)心球放在布料的上面刺洒，會(huì)把布料扭曲鳖宾。物體質(zhì)量越大，扭曲越嚴(yán)重逆航。當(dāng)然這只是一個(gè)比喻鼎文，“布料”是二維的，而真正的時(shí)空是三維（或四維的因俐，如果把時(shí)間獨(dú)立出來算作一維的話拇惋。不過這種說法很有爭議）。圖1 顯示的是靜止物體對(duì)時(shí)空的扭曲抹剩。
當(dāng)然宇宙里沒有哪個(gè)物體是完全靜止的撑帖。物體的移動(dòng)會(huì)造成時(shí)空扭曲的移動(dòng)，從而產(chǎn)生波浪形的尾跡澳眷，即引力波胡嘿，見圖2。
引力波的能量和速度平方成正比钳踊，和質(zhì)量成正比灶平，它的波長和質(zhì)量成正比，它的衰減和距離平方成反比箍土。宇宙中的天體逢享，質(zhì)量大的一般速度小（和光速比較）吴藻，速度大的一般質(zhì)量小瞒爬，而且離地球近的個(gè)兒大的沒幾個(gè)。因?yàn)檫@些原因沟堡，自從 20 世紀(jì)初老愛同志提出引力波的概念和預(yù)測后侧但，科學(xué)家和工程師們?cè)谡粋€(gè)世紀(jì)里都沒能探測到引力波，直到 2015 年。
引力波探測
那如何能夠探測到呢？不外乎兩條路：第一术徊，找個(gè)更大更猛的引力波源心包。第二榨汤，把探測精度提高滴须。找威猛的引力波源栏笆，科學(xué)家把目光紛紛投向宇宙中已知最威猛的天體：黑洞垃你。而且一個(gè)不夠趾娃，來倆缭嫡！當(dāng)兩個(gè)大質(zhì)量黑洞（每一個(gè)大約是幾十個(gè)太陽的質(zhì)量）在距離很近時(shí)候，它們相互圍繞著做高速旋轉(zhuǎn)抬闷，產(chǎn)生巨大的引力波擴(kuò)散出去妇蛀，見圖3。
擴(kuò)散出去的引力波帶走了能量笤成，使得整個(gè)雙黑洞系統(tǒng)能量降低评架，導(dǎo)致軌道衰減，兩“洞”距離更近炕泳。距離更近纵诞，因?yàn)榻莿?dòng)量守恒，使轉(zhuǎn)速更快喊崖，從而激發(fā)和擴(kuò)散出去更多的引力波挣磨，導(dǎo)致兩“洞”距離更近雇逞。如此幾何級(jí)數(shù)的循環(huán)荤懂，很快兩“洞”相撞合并，激發(fā)出難以想象的能量爆發(fā)塘砸。這樣节仿，咱們就有可能探測到了！
那第二條提高精度呢掉蔬？經(jīng)過幾十年的累計(jì)廊宪，探索和國際合作，科學(xué)家和工程師們終于達(dá)到了測量引力波的最低精度的門檻女轿，制造出了 LIGO箭启。
你可能要問，既然 2015 年以前只是猜測引力波的存在蛉迹，那為什么要花那么多金錢傅寡，人力和資源去制造 LIGO？除了可以證明愛因斯坦廣義相對(duì)論的正確與否北救，還有沒有其他的用途荐操？
在 LIGO 之前，我們”看“宇宙的手段十分單一珍策，基本就是電磁波觀測托启，從無線電波，到微波攘宙，到紅外線屯耸，到可見光拐迁，到紫外線，到 X 光肩民，到伽馬射線唠亚，統(tǒng)統(tǒng)都是由光子組成的電磁波。電磁波特別容易被宇宙中的氣體持痰，塵埃灶搜，恒星，星系等干擾工窍，屏蔽和阻擋割卖，以至于很多時(shí)候我們無法看清天體的真面目。同時(shí)患雏，電磁波的發(fā)射經(jīng)常是定向的鹏溯，也就是說，如果我們觀察對(duì)象發(fā)射的電磁波的方向不是正好指向地球的話淹仑，我們將無法”看“到它丙挽。而引力波觀測則沒有這些限制：引力波無法被阻擋，而且引力波是三維全向傳播匀借，不存在觀測死角颜阐。
LIGO
LIGO 是 Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory（激光干涉引力波觀測臺(tái)）的縮寫。讀音近似于”萊狗“??吓肋。它是幾十年工程和科學(xué)累計(jì)而成的巔峰成果凳怨，由美國國家科學(xué)基金（NSF）出資，麻省理工（MIT）和加州理工（Caltech）共同建造是鬼。它有兩個(gè)相同的觀測中心肤舞，一個(gè)位于美國西北角的華盛頓州，另一個(gè)位于美國東南角的路易斯安那州均蜜。它于 2008 年建設(shè)完畢李剖，于 2015 調(diào)試成功。
2015 年 LIGO 在人類歷史上首次觀測到并完全證實(shí)了愛因斯坦預(yù)測的引力波囤耳。具體觀測數(shù)據(jù)：
? 兩個(gè)黑洞合并篙顺，其中一個(gè)黑洞質(zhì)量是太陽的 29 倍，另一個(gè)是 36 倍紫皇。
? 合并后黑洞質(zhì)量為太陽 62 倍慰安。過程中損失 3 個(gè)太陽質(zhì)量，全部轉(zhuǎn)換成引力波聪铺。
? 合并小于 0.1 秒鐘化焕，把相當(dāng)于 3 個(gè)太陽全部 150 億年的能量在 1/10 秒里釋放完。
? 合并釋放的能量功率相當(dāng)于整個(gè)宇宙的總能量功率的 50 倍铃剔！
? 當(dāng)時(shí)只有兩個(gè)觀測中心撒桨，無法三角法定位查刻，只知道大約在南半球天空，13 億光年以外凤类。
這次觀測確鑿無疑穗泵，達(dá)到5個(gè)σ或99.99997%的概率，肯定了愛因斯坦的廣義相對(duì)論關(guān)于引力波的推測谜疤。為此佃延，2017 年 LIGO 項(xiàng)目的創(chuàng)始者們拿到了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。從此我們觀察宇宙有多了一種手段夷磕，能夠看的更遠(yuǎn)履肃，更清楚。
從 2015 年到 2023 年坐桩，LIGO 和其它姐妹引力波觀測臺(tái)一共觀測到了大大小小近 50 次的引力波事件尺棋。極大的拓寬了我們對(duì)黑洞和其合并事件的認(rèn)知。
