引力波現(xiàn)象與所代表的質(zhì)量或能量

圖25 LIGO發(fā)布的漢福德站（Hanford）引力波探測器全景圖

這個引力波探測器LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) 是臂長為4千米的超級邁克爾遜干涉儀，較長的臂長是為了充分放大引力波效應(yīng)。在引力波的強(qiáng)度一定時，引力波的影響效果與臂長成正比。因此，如果技術(shù)上可行，可以建設(shè)更長臂長的地面探測器。我國可以如法炮制，建設(shè)臂更長的引力波探測器。

萬有引力與引力波的效果是一樣的，都會影響時空，比如，可以讓空間收縮或膨脹。影響時空的程度自然與引力或引力波強(qiáng)度成正比。引力波經(jīng)過激光干涉儀的臂時，臂的時空長度發(fā)生改變，引起里面的兩束激光產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，進(jìn)而通過干涉條紋感受引力波的存在。

實(shí)際上，來到地球的引力波已經(jīng)很弱了，所激起的時空改變幅度也很弱，其帶來的臂長改變幅度極小。這導(dǎo)致我們地球的其他現(xiàn)象，比如地震波動現(xiàn)象，對臂長的影響甚至?xí)黠@一些。也就是有諸多因素對臂長的影響都會比引力波的影響大。可見，單獨(dú)一個這樣的探測器根本分辨不出哪個影響是引力波的影響！怎么辦，那就用相同的兩個探測器，并且安置在相距遙遠(yuǎn)的兩個地方。然后從大量的激光干涉條紋中，找出時間上相同，條紋波動相同的干涉事件。這個過程是麻煩而細(xì)致的，這深刻體現(xiàn)了人類的執(zhí)著與細(xì)心。

如果是三個相距遙遠(yuǎn)的探測器效果會更好，更準(zhǔn)確，比如，可以更準(zhǔn)確地知道引力波的來源方向。四個相距遙遠(yuǎn)，位置合理的探測器就可以構(gòu)成一個立體結(jié)構(gòu)了，探測器可以分布在四個三角形平面中，這樣可以無死角地探測所有引力波，可以知道所有探測到的引力波的來向。比如，中國放一個，美國放一個，歐洲放一個，澳大利亞放一個，讓探測器構(gòu)成一個四面體的角。

2016年6月16日，LIGO科學(xué)合作組織和Virgo合作團(tuán)隊(duì)宣布：2015年12月26日，位于美國漢福德區(qū)和路易斯安那州的利文斯頓的兩臺引力波探測器同時探測到了一個引力波信號；這是繼 LIGO 2015年9月14日（2016年2月11日發(fā)布）探測到首個引力波信號（雙黑洞合并的引力波信號）之后，人類探測到的第二個引力波信號。這兩次觀測到引力波事件與發(fā)布時間都相差近六個月時間，可見，引力波探測工作的繁瑣與細(xì)致。

2017年10月16日，多國科學(xué)家同步舉行新聞發(fā)布會，宣布人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波，并同時“看到”這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號。

引力波探測器已經(jīng)成為天文觀測的新工具，天文望遠(yuǎn)鏡看到的，引力波探測器可以看到，天文望遠(yuǎn)鏡看不到的，引力波探測器還可以看到?？梢?，引力波探測器發(fā)展前景尤為廣闊，是人類認(rèn)識宇宙的新手段。

圖26 LIGO/MIT/Caltech發(fā)布的兩個正在合并的黑洞產(chǎn)生的引力波藝術(shù)想象圖

距離我們太陽系13億光年，36倍太陽質(zhì)量的黑洞與29倍太陽質(zhì)量的黑洞合并，形成了一個62倍太陽質(zhì)量的黑洞。相當(dāng)于三倍太陽質(zhì)量的物質(zhì)或能量以引力波的形式流失宇宙空間。

可以觀測到0.4秒的黑洞合并時間，這是兩個黑洞合并前，引力波最強(qiáng)的階段，也是頻率最高的階段。在0.4秒之前，兩個黑洞相互環(huán)繞，依然會發(fā)出強(qiáng)大的引力波，只是距離我們地球遙遠(yuǎn)，到我們地球的時候，就很微弱了。因此，引力波的強(qiáng)度與距離有關(guān)，與距離的平方成反比。如果我們太陽系距離這個黑洞不是13億光年，而是1.3億光年，其發(fā)出的引力波來到地球的強(qiáng)度就會提高100倍，0.4秒之前的引力波，就可以觀測到了，觀測到的引力波時間會較長。也就是說，引力波輻射是很常見的現(xiàn)象，只是不容易被觀測到而已。

黑洞與黑洞相互環(huán)繞會產(chǎn)生引力波，中子星相互環(huán)繞也會產(chǎn)生引力波，實(shí)際上任意天體相互環(huán)繞都會產(chǎn)生引力波。只是相互環(huán)繞的天體質(zhì)量不太大或天體之間環(huán)繞速度較慢而產(chǎn)生的引力波較弱而已。

除了相互環(huán)繞的天體可以產(chǎn)生引力波之外，超新星的大爆發(fā)，這種大質(zhì)量物質(zhì)體系的高速運(yùn)動現(xiàn)象也會產(chǎn)生明顯的引力波。也就是說，物質(zhì)加速或減速度運(yùn)動都會向周圍空間輻射引力波。比如我們開車或步行，也會向周圍空間發(fā)射引力波，只是引力波太微弱，就是距離如此近，也測量不出來，不過，從理論上是可以得出這樣的結(jié)論的。也就是說，引力波無處不在，以光速輻射的引力波自然會是交錯彌漫于整個宇宙中，其物質(zhì)或能量總量也會相當(dāng)可觀，這理所應(yīng)當(dāng)?shù)臅蔀榘滴镔|(zhì)的一部分，也許會是一小部分。