引力波为何物，为何如此重要？
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三体网讯 过去的10年中，物理学家们一直在围绕着关于激光干涉引力波观测站（LIGO）是否能通过实验最终发现引力波这一宇宙涟漪的可能性而争论.去年9月，当它被升级成高级LIGO后，它将拥有更强大的噪声过滤能力，从而使得整个系统对微小数据变化变得更加灵敏。高级LIGO如果还没有采集到坚实的数据来证明引力波存在的话,看上去如今它也有更大机会来做到这一点。这是件令科学家们倍感激动的事，但谈论引力波或许会让大多数民众挠头。这些宇宙间的振动到底是什么，为什么它会在科学界引起如此大的反应呢？
什么是引力波
引力波是时空结构上的扰动。现在假设你拖动自己的手指划过一片静寂的水面。你会注意到水波将追随着手指移动的轨迹而产生，并在整个水塘传播开来。根据阿尔伯特-爱因斯坦的理论，同样情景也会在当大质量物体穿越时空结构时候发生。
但空间是如何产生涟漪的呢？根据爱因斯坦广义相对论，时空并不是虚无的，你可以将之看作一个四维“织物”。当物体在时空中穿行时，时空将被被推挤或拉伸。这种扰动就是引力产生的真实原因。有一种著名的将该理念可视化的方式。可以把一个紧绷的橡胶膜看做时空，置一重物于其上，该重物将使得橡胶膜向重物四周凹陷。如果同时你把一小物体放置于重物身旁，它将向该重物方向坠落。恒星也是在同一方式下拉动行星和其他围绕它运转的天体。
然而橡胶膜的类比并不能真实呈现时空是如何运转的，这只是我们认为的虚空可视化成动态的物质的一种演示而已。任何加速的天体在时空结构中都将产生涟漪，小的涟漪消退相对较快，只有大质量天体，例如中子星或者黑洞所产生的引力波将一路持续传播到地球。
如何探测引力波
现在一些不同的实验正在搜索着引力波的痕迹。最新的传言来自于LIGO，它正通过追踪引力波是如何影响时空结构来寻找引力波的身影。当引力波经过的时候，它将在空间相互垂直的两个方向上同时产生拉伸和蜷缩的不同效应。
LIGO的目标在于通过使用一个叫做干涉仪的仪器来检测到该变化。这一装置将一束独立的激光源拆分成完全一致的两束相互垂直的激光，如果此两束激光通过相同的距离，被镜子所反射。当两束激光汇合时，其光波还应当是一致的。但如果遇到途经的引力波，则将改变两束激光经过的相互垂直两设备臂的长度。也就是说，将改变每束激光相对于其双胞胎光束行进的距离。
这样当光束返回它们的源头时，通过观测光波相干条纹的变化，科学家将有能力检测到这种距离的改变。但是，引力波所改变干涉仪设备臂的尺度非常之小，约为万分之一原子核的宽度。为了测量到如此小尺度距离的变化，LIGO必须过滤掉包括地震和附近的交通产生的所有噪声。虽然在过去近10年的运行中，LIGO没能发现引力波，但这次升级将使得它有更多的机会来达到该目标。
高级LIGO将需要与欧洲航天署（ESA)的激光干涉太空天线（LISA）竞争，看谁能首先发现引力波。LISA，就像在太空中的一个巨大的LIGO观测台。在2015年12月ESA发射了LISA探路者卫星为该任务做预演，这颗卫星将在太空中呆上几个月，来测试最终将被安置到未来LISA任务中使用的各项技术。
然而激光并不是唯一能检测到时空变化的方式。其他例如，北美Nanohertz引力波观测台，或者叫NANOGrav，通过观测某种称为脉冲星的中子星发射出来，有严格的时间间隔的无线电波。当该脉冲不能按时到达地球时，就很可能是由于其通往地球的旅途受到引力波的干扰。
另一类实验试图来寻找大爆炸之后所产生某种特定的引力波。通过观测大爆炸后的残余辐射，如果大爆炸产生了引力波，科学家期待在该辐射背景上看到某个方向的偏振漩涡。例如宇宙河外偏振背景成像(BICEP)项目，就是哈佛大学在南极所进行的一系列实验，通过观测宇宙残余辐射来尝试找到某种能解开大爆炸引力波之谜的特殊偏振模式。
引力波给了我们另一种观测宇宙方法。例如，来自于大爆炸的引力波将告诉我们更多的关于宇宙是怎么生成的信息。当黑洞相互碰撞，超新星爆炸，以及大质量的中子星摆动时都会产生强大的引力波，通过测量这些引力波将带给我们进入这些产生引力波天体内部的全新方式。
最后，引力波也能帮助物理学家理解宇宙的基本法则。引力波实际上是爱因斯坦广义相对论中关键部分之一。找到它将证明该理论的正确性，并同时帮助我们找出该理论错在哪里。从而导致物理学家发现一个更精确，更全面的物理模型，这或许将帮助我们指出那条通往万物理论的光辉道路。
小追
2016.1.19
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