資料圖：波音公司團隊設計的未來超音速客機方案
廣義相對論預言存在引力波
在“廣義相對論”發表近百年之后的今天，這種神秘莫測的波終于有可能向我們一展真面目。過去一些年里，天文學家在美國、日本和德國設置了探測器，后來又在意大利距離比薩市12千米的地方設置了一個。這座法意合建的探測器名為“Virgo”，2004年正式啟用。這項大工程耗資不菲。Virgo有一條長3千米的隧道，位于意大利比薩市的郊區，而隧道只是Virgo的“部件”之一。在日本國立天文臺內，也有一條直角邊長為300米的等腰直角三角形的隧道，一臺名為“TAMA300”的激光干涉儀型的引力波檢測裝置也開始運轉，這是世界上率先搜尋引力波的努力之一。
引力波也稱重力波。早在1916年，愛因斯坦在提出“廣義相對論”時就預言了引力波的存在。相對論認為時間和空間是不可分割的。我們不能再把三維空間與滴答作響的時鐘分別對待，它們其實都是時空結構的組成部分。但廣義相對論的一個推論還有待證實：如果一個物體突然運動，它應該以引力波的形式釋放能量，就像鈴鐺搖動時會響一樣。在理論上這適用于所有物體，包括人類。但只有宇宙中體積極大、密度極高的物體──如超新星、塌縮的黑洞和中子星──釋放出的引力波才能被探測到：某個超新星短暫地爆發出像數十億個恒星組成的星系一樣明亮的光芒，隨后其碎片紛紛射向宇宙深處。但它的影響遠遠不止這些。超新星會令時空結構發生震顫，并波及數百萬光年以外的地方。這種現象被稱為引力波，天文學家們都努力地想第一個證明它的存在，他們可能最終帶領我們一路追溯到宇宙大爆炸的源頭。
所有理論都需要證據支持，但尋找證據非常困難。人們還不能直接探測到引力波，因為它的破壞性能量在廣闊無垠的宇宙空間中被大大“稀釋”了。如果你能靠近一顆超新星，引力波就會把你和周圍的一切撕成碎片。但等引力波到達地球時，它只能令時空產生最輕微的擾動。要觀測到引力波從技術上來說難度是無以復加的，無異于測量銀河的寬度并把結果的誤差保持在3厘米之內。因此甚至愛因斯坦都認為引力波可能永遠也探測不出來。
但引力波的確存在。
建設“Virgo”歷時6年，費用約為5500萬英鎊。如果把世界上所有探測器的成本加起來，捕捉引力波的代價無疑是天文數字。
幸虧沒有人認為這項工作會徒勞無功。強有力的證據顯示，引力波不僅是愛因斯坦的假設。這種證據來自對中子星的觀察。中子星是巨星爆炸的產物，它們由中子構成，通常全部物質都壓縮在像一座城市那么大的空間里。有些中子星自轉速度極快，間歇性地釋放出無線電波，天文學家可以利用無線電望遠鏡識別這些電波。這種中子星被稱為“脈沖星”。
1974年，美國物理學家約瑟夫·泰勒和盧塞爾·赫爾斯第一次發現了一對脈沖雙星。他們發現這兩個天體的緊密環繞正變得越來越接近。盡管變化的幅度很小（大約每年只靠近1厘米），但它的意義卻非同小可。這意味著兩個天體正在損失能量，而且這種軌道變化與相對論的預測完全吻合。泰勒和赫爾斯認為能量正在以引力波的形式釋放，這一發現使他們獲得了1993年的諾貝爾獎。
引力波探測器原理
Virgo和其他新建的引力波探測器一樣，都是一種大型的激光干涉儀，專門利用引力波的特性來捕捉它。這種特性是：引力波令時空沿一個方向軸拉伸，沿與其垂直的另一個方向軸壓縮。人們可以通過持續測量這兩個方向上的距離，發現某一時刻出現在兩個方向上的距離拉伸與壓縮。
就像所有的大型魔術一樣，科學家們也利用鏡子來做到這一點。從激光器發射的光線通過一個分裂器，分裂器把光束分別傳送到L形連接的兩個管道里，形成垂直角度。每個管道盡頭掛有一面鏡子，把兩條光束反射回去，在交點匯合。人們特意改變了兩道光的波長，這樣它們反射回來時正好能互相抵消。這里設置有一個記錄光線的光電二極管，平時它不會顯示有光出現。但如果有引力波經過，兩束光的傳播距離會出現差異。那么當兩束光交匯時，波形就不會完全干涉，從而導致發光。
Virgo的技術規格之高令人嘆為觀止。鏡子表面非常光滑，凸凹幅度小于百分之一微米（1微米等于百萬分之一米）。而且它們對光的反射率達99.999%。激光器也非同尋常，因為它制造的光束是迄今最穩定的。
那么，Virgo觀測到引力波的可能性有多大呢？加的夫大學的班哥拉·沙塔普拉卡什教授說：“我們預計每年會有一到兩次雙黑洞合并的現象。這些預測是在不確定的理論基礎上做出來的，因此幾率可能更低。所以如果我們在三四年內什么都沒有看到也是不足為奇的。”
在此之后，就是對愛因斯坦理論真實性的檢驗了。人們計劃對Virgo和其他引力波探測器進行升級，因此到2010年它們的靈敏度會提高10倍。這可以令觀測范圍擴大1000倍，在這么大的區域里，每年，也許是每天，都應該有形成引力波的天體活動。如果人們仍然一無所獲，那將對天文物理學產生重大影響。沙塔普拉卡什說，如果還不能發現引力波，我們將不得不開始懷疑天文物理學家的某些基礎模型是否正確，例如雙星系統是如何形成的。
蟹狀星云，藍色部分為錢德拉X射線天文臺拍攝的X射線圖像，紅色部分為可見光圖像，其星云中心附近存在一顆年輕的脈沖星PSR J0534 + 2200，是被寄予很大希望證實為引力波源的天體之一。
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