众望所归：2017年诺贝尔物理学奖归属”发现引力波“的LIGO三科学家

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10月3日，2017年诺贝尔物理学奖揭晓，LIGO三位重量级科学家因“发现引力波”获得2017诺贝尔物理学奖，他们是Rainer Weiss教授、Barry C. Barish教授和Kip S. Thorne教授。

Rainer Weiss教授（左）、Barry C. Barish教授（中）和Kip S. Thorne教授（右）

Rainer Weiss，1932年出生于德国柏林。早年迁居美国，1962年他在麻省理工学院获得博士学位。1962至1964年，他在普林斯顿大学进行博士后研究，随后加入麻省理工学院任教。

Barry C. Barish，1936年出生于美国内布拉斯加州的奥马哈。1962年他在加州大学伯克利分校获得博士学位。1963年他加入加州理工学院任教。

Kip S. Thorne，1940年出生于美国犹他州的洛根市。1965年他在普林斯顿大学获得博士学位。1967年他进入加州理工学院任教。

什么是引力波？

引力波源自100年前阿尔伯特•爱因斯坦在广义相对论中的一个预测。在物理学中，引力波是指时空弯曲中的“涟漪”，通过波的形式从波源向外传播。重力波以光速传播，充满了宇宙。预言引力波，爱因斯坦可能只用了几天，但发现引力波，科学家们用了数十年。

对于非专业人士（包括笔者）来说，引力波的概念不太容易理解，可以参考下文（风格比较清奇，请诸君本着包容的心态阅读）：

什么是LIGO？

LIGO是“激光干涉引力波天文台（laser interferometer gravitational wave observatory）”的缩写，是借助于激光干涉仪来检测来自宇宙深处引力波的大型研究仪器。截至目前，LIGO由两个干涉仪组成，每一个都带有两个4千米长的臂并组成L型，它们分别位于相距3000千米的美国南海岸Livingston和美国西北海岸Hanford（下图）。

LIGO探测器

同时，还有另外一座与LIGO十分类似但由欧洲建设和运行的引力波探测设施——VIRGO。

除了获奖的三位科学家，LIGO的创始人之一Ronald W. P. Drever教授也应该被世人铭记，可惜的是Drever教授已经于今年3月去世，与诺奖失之交臂。

Ronald W. P. Drever教授

另外，LIGO合作项目实际上还涉及二十多个国家的一千多名研究者，其中包括不少中国科学家。

LIGO如何探测引力波？

简单点说，一束激光在经过一个半透镜后朝向两个互相垂直的方向前进（联想一下LIGO两个垂直的长臂），前进方向上在完全相同的距离处各设置有一面反射镜，两束激光被反射回来重新汇聚，正常情况下重新汇聚后的激光由于干涉而相互抵消。而一旦引力波扫过，时空弯曲而发生畸变，激光走过的距离就不完全相同了，干涉现象也会发生改变，从而观测到引力波。

LIGO探测引力波原理示意图

说起来容易，但实际上观测难度很大。引力波的振幅很小（2015年第一次观测到的引力波振幅是10^-21），就算是LIGO的4千米长臂，再加上400次的反射得到的1600千米激光光路，变化幅度才大约与质子的半径是一个量级。

为什么发现引力波如此重要？

发现引力波，探测引力波的物理性质，一方面能完整验证广义相对论，另一方面，引力波携带着波源的信息，可以被用作工具探测人类目前还无法涉足的宇宙深处。更重要的，引力波几乎不衰减，这就有可能帮助人类了解整个宇宙的起源，科学家就有希望找到证据来支持（或者反驳）“大爆炸理论”以及“宇宙膨胀理论”等。

除了今年获得诺奖，引力波的发现也名列Science评选的“2016年度科技突破”首位（点击阅读相关）。

注：以上内容编译自诺贝尔奖官方网站，图片等内容版权归属于Nobelprize.org

https://www.nobelprize.org/

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