科学家终于找到了引力波?
作者 Stephen Luntz
编译 雨遇
激光干涉引力波观测站(LIGO)的北臂，传言正是这里见证了这激动人心的结论。
昨天，美国的激光干涉引力波观测站(LIGO)已成功侦测到引力波的消息传遍全球，让很多物理学家兴奋不已。作为爱因斯坦广义相对论的一个理论预言，科学家们对引力波孜孜以求，却一直难以捕获它的踪迹。但消息还仅仅是个传闻，如果得到证实，将是迄今以来，本世纪最大的物理学突破之一。
找到引力波的传闻最早在去年9月就在Nature上出现过，当时美国亚利桑那州立大学很受人尊敬的宇宙学家Lawrence Krauss在发布这一消息时，态度非常谨慎，他说：“我只能说正确率在10%～15%。”尽管找到引力波堪称伟大，但激动人心的那一刻假如真的来临，没有人敢轻易断言自己就是那个见证历史的第一人。不过当地时间1月11日，Krauss改变了此前的基调，他发推特称：“有独立的消息来源表明，我之前提到的传闻已经得到证实，引力波可能已被发现!! 太让人兴奋了!”
如果测量结果属实，的确值得兴奋。爱因斯坦提出，就像重物会将弹性表面压弯一样，大质量物体(星体)会扭曲时空，因而当其他运动着的物体和光线在接近这些星体时，其运动轨迹将会因时空扭曲而改变。爱因斯坦还指出，加速运行的大质量物体会产生时空涟漪，并向外传播，就像加速运动的电子向空间辐射电磁波一样。
那么人们怎样才能捕获引力波的踪迹，从而证实它的存在？其中一个方法是借由脉冲星来间接观测引力波，主要包括两种方式：
其一，由脉冲星和伴星构成的双星系统，在彼此相互绕转的过程中，动能和角动量的损失以引力波的方式释放出去，它们之间的距离会逐渐缩小，相互绕转得越来越快，轨道周期缩短，甚至到最后碰撞并合。脉冲星双星系统的轨道周期逐渐变短是广义相对论的一个间接证明。
其二，将单个脉冲星当成是一个精准的时钟，我们可以期待着它们安安稳稳地定期发出脉冲，可是如果脉冲星的脉冲在向我们传播的过程中，遭遇到引力波的干扰，那么脉冲滴答滴答的信号就会偏离你期待中的理想信号，有了多个偏离就可以反推出引力波的存在。
当然这些只是引力波存在的间接证据，对引力波的直接探测，才是对广义相对论最有力的证明，而这个直接证据的存在与否一直是捉摸不定的。
于是，人们建造了若干LIGO探测器，试图去直接观测引力波。其原理如下图：一束激光被分为两束，每一束都分别在一系列反射镜上来回反射很多次，再重新混合。如果激光在其来回反射过程中受到引力波的影响，行程所用时间就将发生改变；重新混合时，将观察到激光位相偏移。所有LIGO探测器主要测量的就是这种时间变化带来的位相偏移。
一个LIGO探测器的示意图：引力波将导致其中一个臂轻微的长于另一臂，重新混合时，引起激光位相偏移。
2002年，第一台LIGO开始运行，2010年关闭。之后同一团队大大提高了设备的灵敏度，于去年9月开始运行，随后很快就有传言说LIGO已多次观测到引力波，但官方一直没有公布消息。因为某种地质变化，比如地震，也会在观测仪上引起某些类似引力波的测量结果，只有通过比较世界范围内不同观测站的测量结果，才能最终证实是否观测到了真正的引力波。这是一个缓慢而痛苦的过程。一些所谓的“盲信号”也会加入进来，就看科学家是否能把这些伪信号从真正的引力波信号中区分出来了。
设在南极的BICEP2望远镜则采用其他机制探测引力波。2014年，其曾报道观察到了引力波，但后来证实是一个数据分析失误，以后人们对引力波观测结果的报道就越来越谨慎。没人愿意让这种事再次发生，所以LIGO团队一遍一遍检查他们的数据，确保万无一失。这也给人们留出足够的时间谈论这件事。当然，这些谈论一直仅限于某些物理学家内的小范围讨论。
最近，有人看到Krauss用很自信的表情轻描淡写地说“有可靠消息表明那观测到的不是什么盲信号”。很多人指责他，说他这是试图从那些真正取得这一发现的人手里窃取荣耀，而且这样散布传言只会让公众对科学产生怀疑。
参考译文
http://www.iflscience.com/physics/gravitational-wave-rumors-running-hot
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