探测时空结构中的涟漪刚刚获得诺贝尔奖

三位美国物理学家因首次观测引力波（时空结构的涟漪）而荣获 2017 年诺贝尔奖。雷纳·韦斯、巴里·C·巴里什和基普·S·索恩都对 LIGO 做出了重要贡献。LIGO 是一对巨大的探测器，它们共同帮助科学家证实了阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论。

去年，有人猜测引力波将获奖，但奖项可能颁给略有不同的三人组。罗纳德·德雷弗 (Ronald Drever) 帮助开发了 LIGO，正是他与韦斯和索恩一起，在发现引力波后获得了多项科学奖项。德雷弗在首次探测到引力波后仅一年半就去世了，而诺贝尔奖并不是追授的。由于该奖项最多可由三人平分，因此如果德雷弗还活着，巴里什可能会错失获奖机会。

但正是巴里什让 LIGO 得以继续运行，即使面临关闭的危险。1994 年，他开始管理该项目，当时该项目濒临取消，但五年后，他成功将其推进到最终建设阶段。索恩率先预测了引力波在探测器中的真实形状，从而引领了 LIGO 的理论研究。韦斯更像是一名实验物理学家，并领导了该项目的大部分概念和设计方面。

LIGO 于 2015 年 9 月首次探测到引力波，但该团队直到次年年初才宣布这一消息。超过 1,000 名科学家和工程师花了几个月的时间才确认他们确实观测到了引力波，而且他们直到尽可能确信后才将这一消息公开。

从那时起，来自黑洞碰撞的遥远信号已被多次探测到。就在今年 8 月，意大利的第三座天文台也探测到了引力波，到 2020 年代，全​​球可能共有 5 座探测器。更多的天文台增加了探测的可信度和准确性。就像使用卫星对地球上的人的位置进行三角测量一样，对同一物体有更多的视角可以更好地估计该物体的位置。

但在这种情况下，我们看到的是一对相撞的黑洞。当这两个物体靠得越来越近时，它们会越来越快地绕着对方旋转，每秒旋转数百次，直到它们最终合并。与此同时，它们会扰乱时空结构。

一个世纪前，阿尔伯特·爱因斯坦就提出了这些引力波存在的理论——包括来自黑洞碰撞以外的天体事件——但他认为人类可能永远无法制造出能够探测到如此微小运动的传感器。 LIGO 能够使用巨大的 L 形臂并在交叉处安装探测器来实现这一点。探测器部分会同时向每条臂发射激光束，然后等待激光反射回来。由于该设备构造如此精巧，激光通常会同时从两条臂返回，对齐的波长会相互抵消。

当引力波穿过双臂时，双臂的长度会发生轻微变化——一条臂会伸长，另一条臂会收缩。这种变化导致激光束无法精确对齐，因此波长无法相互抵消，探测器能够接收到光线。这就是为什么需要 1,000 多人才能探测到引力波的原因；团队中的大多数人都专注于创造更好的方法来排除可能的运动源。

对于如此重大的发现来说，这是一个非常微弱的信号。但物理学界还没有完成对爱因斯坦理论的检验。引力波为广义相对论提供了大量证据，但仍有更多方面需要检验和质疑。更多的探测器将有助于物理学家了解广义相对论的哪些部分是正确的，哪些部分需要修改。