图解：激光干涉引力波天文台引力波观测发布会截图。图源：LIGO

激光干涉引力波天文台（LIGO）首席研究员大卫·瑞兹宣布了一个重大发现：“各位，我们探测到引力波了。”近13亿光年外，有两个质量30倍于太阳的黑洞融合了，盘旋交互形成一个更大的黑洞，这个新的黑洞的质量大约是太阳的60倍。这些黑洞以及它们融合的过程，包含了巨大的引力场，巨大质量的物体在这样的引力场中快速地移动，这过程本身就在空间结构中产生了“涟漪”。这些“涟漪”在太空中以光速传播，一段时间后就到达了我们的探测仪，“停留”了几分之一秒的瞬间。但多亏了和LIGO的合作，这一瞬间已足以让我们探测到它们，我们的两个探测仪（分别位于华盛顿和路易斯安那洲）探测到了相同的信号，这个信号与模型预测结果精确吻合。

图解：双黑洞融合观测波形。图源：B.P.Abbott等

在我们探测到信号的20毫秒内，引力波输出的功率比当时整个可见的宇宙中所有闪耀的恒星输出的功率总和还要高。如果我们对比两颗未融合的黑洞质量总和以及它们完成融合之后形成新黑洞的质量，我们会发现两者并不相等，这是为什么呢？

等三倍太阳质量——相当于太阳质量的三倍或地球质量的100万倍——依照爱因斯坦的公式E=mc^2转化成了纯能量。但不同于星光，这种转化并不是转化为电磁辐射，而是转化成了引力辐射，这也是我们首次观测到这样的转化。我们的探测方式无疑是无与伦比的。爱因斯坦的理论预测这种引力辐射会以一种可预测的模式螺旋向外，制造出一种特殊的震荡波使得“涟漪”在太空中传播。

图源：R. Hurt - Caltech/JPL

当“涟漪”经过包括地球在内的任何一个物体时，它会使这个物体先后向着不同的方向收缩或膨胀。于是就像这个空间里会存在的任何物体一样，在这种波的作用下，地球会产生一定的“摇晃”。

通过在两个不同方向的两个不同位置构造两条互相垂直的射线，我们可以测量到这两个互相垂直的方向上路径长度非常微小的变化。这就是LIGO所运用的绝妙的装置，这个装置可以精确定位并度量“涟漪“在太空中传播的方式，而这些信息可以帮助我们窥探宇宙的奥秘，了解宇宙的现状。

大量的理论模型开始解释这个现象。广义相对论是极难计算的，因此我们需要非常先进的数理手段来测算我们可能观察到的现象。有一个被计算得非常好的模型——LIGO对此模型非常敏感并且每年会预测2-4个——是针对两个质量相似、轨道接近并螺旋向内的黑洞的。这是模型预测的结果。

图解：双黑洞融合观测模型。图源：B.P.Abbott等

它们表现如何？说实话，完美无缺。

而我们首次观测到的，不仅仅是爱因斯坦广义相对论的最伟大的预言之一，虽然我们的确验证了这点。也不仅仅是我们在引力波天文学上迈出的第一步，虽然毫无疑问的，LIGO会在今后的日子里观测到更多类似的信号；对于天文学来说，这项突破就如同伽利略发明望远镜那样令人振奋不已，因为我们终于可以从一个新的视角去探索宇宙。我们此次最大的收获是我们终于首次探测到了两个正在融合的黑洞，检测了它们的物理状态，找到了大量爱因斯坦理论的事实依据，并真切地观测到了发生在超过十亿光年之外的遥远宇宙中的现象。

图解：激光干涉引力波天文台引力波观测发布会截图。图源：LIGO

有了第一次就很可能有更多次。这是具有重大意义的一步，但也只是标志了一个良好的开端。如今宇宙正在以一种全新的方式向人类展现出来，而我们首次对存在于所有空间的最极端引力状况进行了检测。这是科学的伟大时刻，更是我们活着的每个人的精彩瞬间！

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. Ethan Siegel Senior Contributor- Mona

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