引力波获诺奖毫无悬念？你的宇宙观等着被它改变吧！
“因为对LIGO探测器和观测引力波的决定性贡献”，三位美国科学家——加州理工大学的基普·索恩（Kip Stephen Thorne）、巴里·巴里什（Barry Clark Barish）和麻省理工学院的雷纳·韦斯（Rainer Weiss）共同获得了2017年的诺贝尔物理学奖。
此前关于今年诺贝尔物理学奖的预测中，引力波观测就是大热门。实际上，去年诺贝尔奖颁奖前，观测到引力波的这三位科学家获奖呼声就很高。而不久前，一篇涉及了1000多位作者、100多家单位的引力波论文升级后重新发表，使得它得诺贝尔奖的呼声更高。
引力波观测为广义相对论的验证补上了一块重要证据
“这三位科学家因为观测到引力波的存在获奖毫不意外，他们使得在过去100年间备受争议的引力波得到了证明，并且进一步验证了爱因斯坦的广义相对论的正确性。”上海交通大学物理与天文学院鸿文讲席教授季向东在接受记者采访时说。
就在一个月前，复旦大学中植科学奖也将300万元的奖金颁给了这三位发现引力波的科学家，并且这三位科学家已经接受邀请，将在今年12月17日来沪参加复旦大学的科技创新论坛。
引力波，顾名思义就是“引力造成的时空的波动”，是由引力源的质量分布的改变引起的一种以光速传播的震动。爱因斯坦认为，如果引力会造成时空弯曲，那么引力波就是引力造成时空弯曲时带来的副产品——“时空的涟漪”，弯曲的情况随时间变化、在空间传播。
引力波本身就是广义相对论的预言产物，牛顿力学中并没有引力波的存在，而观测到引力波，也就可以使广义相对论是正确的。季向东在接受记者采访时说，广义相对论提出的一个基本假设就是，把空间的三个维度和时间维度统一在一起的时空（spacetime）是具有弹性的。就算其中空无一物，时空也可发生振动，而这种振动就是引力波。在过去的上百年，引力波备受质疑，因为一切理论推演都必须最终通过实验证明，而引力波无疑是非常难以发现的。
他举了个例子，此次获奖的三位科学家在2016年2月12日第一次宣布，他们于2015年9月14日通过美国激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到来自13亿光年外的两个黑洞并合所产生的引力波。
那是来自一个质量为36太阳质量的黑洞与一个29太阳质量的黑洞的碰撞，然后并合为一个62太阳质量的黑洞，失去的3太阳质量转化为引力波的能量。“‘太阳质量’是天体质量的单位，这也只不过是使4公里长的观测臂发生了0.4乘10的负18次方米的位移。”
这是人类首次观测到了引力波的存在，正是这次观测为广义相对论补上了重要的一块证据。当时，物理学家希望，在未来的几年里，美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）以及意大利VIRGO探测器能获得来自宇宙的、证明引力波存在的直接证据。
事实上，其后，2015年12月26日，2017年1月4日，2017年8月14日，LIGO又先后三次探测到黑洞并合产生的引力波。
引力波天文学随之开启，人类研究宇宙有了新的工具
“LIGO探测到引力波是人类历史上最重大的发现之一。这个发现的意义不仅在于直接验证广义相对论和引力波的存在，更重要的还在于开启了对强引力、随时间变化的引力以及黑洞的直接观测，打开了认识宇宙的一个新窗口，并且开启了引力波天文学这一全新的学科。”复旦大学物理系教授施郁接受采访时说：“未来我们观测和研究宇宙有了新的工具，不再局限于光学望远镜、射电望远镜这类传统的工具了。”
在这之前，人类关于宇宙的信息主要就是来自宇宙中传来的电磁波和高能粒子，而引力波带来了主宰宇宙的引力的直接信息。“包括黑洞，原先它只存在于科学家的理论推演中，现在LIGO通过直接探测引力波证明了黑洞的存在及其一些性质，比如面积不减，以及更细节的性质。”施郁说，引力波的观测将会更加常态化，引力波天文学将会发展起来，其他引力波源，比如中子星并合、超新星爆发等等也应该会被观测到。
许多人把探测到引力波比喻为宇宙尺度的浪漫相遇，但身在其中，科学家们更需要的是通力合作和坚持。不少科学家认为，LIGO项目的成功为大科学项目提供了更多的经验。
“这是一个不能错失一秒的项目。”上海理工大学教授、国家“千人计划”专家韩森说，因为每一秒钟，观测都有可能有新发现。韩森曾经是LIGO团队的一员，他曾在1998年受邀为LIGO设计和制造了一台光学检测设备，不久前他又故地重游，拜访了位于加尼福尼亚的LIGO实验室。
这里还是像他在的时候一样，每天早上都要开个半小时的会。“因为观测是24小时不间断的，科学家们需要把旧的问题和新的进展告诉其他人。”韩森说。
迄今为止，已经有来自全球超过千名科学家参与到这个项目中来，学科涉及物理、天文、机械、激光、精密仪器、信息等各个方面。
世界顶级课题必定是一次全球智慧的协作与“众包”。现在，众多科学家仍然在共同推动引力波探测向前发展，比如升级观测灵敏度。目前，LIGO探测灵敏度已经直指10的负23次方，韩森表示，第2.5代或者第3代LIGO已经在研发中，灵敏度优于目前指标。
中国科学家也正在推动引力波观测的“落地生根”
宇宙的奥秘吸引着全世界众多的科学家，不同的引力波观测项目也已在中国“落地生根”。
“激光干涉仪引力波天文台（LIGO）是目前最先进的引力波探测器。”中国工程院院士、上海理工大学光电信息与计算机工程学院院长庄松林说，其建造难度不亚于上海光源，目前中国人自己制造激光干涉仪的时机已经成熟。早在2014年，庄松林就牵头在上海开了一次推动我国引力波观测走出理论、“落地生根”的论坛。
▲LIGO执行主任 David Reitze博士（左二） 上海理工大学 韩森 教授（前中）
LIGO副主任 Lazzarini Albert博士（右一） Garrett Cole博士（后中）
LIGO首席科学家 Stan Whitcomb 博士（右二）
不久前，曾在实验室中做过激光干涉仪原理验证的知名科学家倪维斗也加入了上海理工大学，与韩森和庄松林一起，寻求仪器更高灵敏度的解决方案。
“有人认为这个领域已经拿到诺贝尔奖了，或者美国人已经在做了，我们就不应该继续做了，我不同意这样的看法，浩瀚宇宙的观测只是刚刚开始。”韩森说，“引力波为宇宙探测打开了一扇窗，我觉得它会打开更大的天空。”
▲检测LOGO的精密光学仪器
相较于LIGO在陆地观测引力波，引力波的另一个“归属”在太空。太空的干扰更小，为此中国已经有了中国科学院发起的“太极计划”和中山大学发起的“天琴计划”，皆为寻找更加丰富的引力波源。
去年年底，中国还正式启动了“阿里项目”。在未来三到五年里，它将在我国西藏阿里海拔5200米以上的地区，建立起世界上最大规模的宇宙微波背景辐射探测器阵列，探测138亿年前宇宙大爆炸时的“原初引力波”，在三到五年建成后，将与目前南极、智利的观测窗口一起，组成全球探测网。
编辑：沈小莎
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