圖解：激光乾涉引力波天文台引力波觀測發布會截圖。圖源：LIGO
激光乾涉引力波天文台（LIGO）首席研究員大衛·瑞茲宣布了一個重大發現：“各位，我們探測到引力波了。”近13億光年外，有兩個質量30倍於太陽的黑洞融合了，盤旋交互形成一個更大的黑洞，這個新的黑洞的質量大約是太陽的60倍。這些黑洞以及它們融合的過程，包含了巨大的引力場，巨大質量的物體在這樣的引力場中快速地移動，這過程本身就在空間結構中產生了“漣漪”。這些“漣漪”在太空中以光速傳播，一段時間後就到達了我們的探測儀，“停留”了幾分之一秒的瞬間。但多虧了和LIGO的合作，這一瞬間已足以讓我們探測到它們，我們的兩個探測儀（分別位於華盛頓和路易斯安那洲）探測到了相同的信號，這個信號與模型預測結果精確吻合。
圖解：雙黑洞融合觀測波形。圖源：B.P.Abbott等
在我們探測到信號的20毫秒內，引力波輸出的功率比當時整個可見的宇宙中所有閃耀的恒星輸出的功率總和還要高。如果我們對比兩顆未融合的黑洞質量總和以及它們完成融合之後形成新黑洞的質量，我們會發現兩者並不相等，這是為什麼呢？
等三倍太陽質量——相當於太陽質量的三倍或地球質量的100萬倍——依照愛因斯坦的公式E=mc^2轉化成了純能量。但不同於星光，這種轉化並不是轉化為電磁輻射，而是轉化成了引力輻射，這也是我們首次觀測到這樣的轉化。我們的探測方式無疑是無與倫比的。愛因斯坦的理論預測這種引力輻射會以一種可預測的模式螺旋向外，制造出一種特殊的震蕩波使得“漣漪”在太空中傳播。
圖源：R. Hurt - Caltech/JPL
當“漣漪”經過包括地球在內的任何一個物體時，它會使這個物體先後向著不同的方向收縮或膨脹。於是就像這個空間裏會存在的任何物體一樣，在這種波的作用下，地球會產生一定的“搖晃”。
通過在兩個不同方向的兩個不同位置構造兩條互相垂直的射線，我們可以測量到這兩個互相垂直的方向上路徑長度非常微小的變化。這就是LIGO所運用的絕妙的裝置，這個裝置可以精確定位並度量“漣漪“在太空中傳播的方式，而這些信息可以幫助我們窺探宇宙的奧秘，了解宇宙的現狀。
大量的理論模型開始解釋這個現象。廣義相對論是極難計算的，因此我們需要非常先進的數理手段來測算我們可能觀察到的現象。有一個被計算得非常好的模型——LIGO對此模型非常敏感並且每年會預測2-4個——是針對兩個質量相似、軌道接近並螺旋向內的黑洞的。這是模型預測的結果。
圖解：雙黑洞融合觀測模型。圖源：B.P.Abbott等
它們表現如何？說實話，完美無缺。
而我們首次觀測到的，不僅僅是愛因斯坦廣義相對論的最偉大的預言之一，雖然我們的確驗證了這點。也不僅僅是我們在引力波天文學上邁出的第一步，雖然毫無疑問的，LIGO會在今後的日子裏觀測到更多類似的信號；對於天文學來說，這項突破就如同伽利略發明望遠鏡那樣令人振奮不已，因為我們終於可以從一個新的視角去探索宇宙。我們此次最大的收獲是我們終於首次探測到了兩個正在融合的黑洞，檢測了它們的物理狀態，找到了大量愛因斯坦理論的事實依據，並真切地觀測到了發生在超過十億光年之外的遙遠宇宙中的現象。
圖解：激光乾涉引力波天文台引力波觀測發布會截圖。圖源：LIGO
有了第一次就很可能有更多次。這是具有重大意義的一步，但也只是標志了一個良好的開端。如今宇宙正在以一種全新的方式向人類展現出來，而我們首次對存在於所有空間的最極端引力狀況進行了檢測。這是科學的偉大時刻，更是我們活著的每個人的精彩瞬間！
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. Ethan Siegel Senior Contributor- Mona
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