引力波现象与所代表的质量或能量

引力波现象与所代表的质量或能量

图25 LIGO发布的汉福德站（Hanford）引力波探测器全景图

这个引力波探测器LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) 是臂长为4千米的超级迈克尔逊干涉仪，较长的臂长是为了充分放大引力波效应。在引力波的强度一定时，引力波的影响效果与臂长成正比。因此，如果技术上可行，可以建设更长臂长的地面探测器。我国可以如法炮制，建设臂更长的引力波探测器。

万有引力与引力波的效果是一样的，都会影响时空，比如，可以让空间收缩或膨胀。影响时空的程度自然与引力或引力波强度成正比。引力波经过激光干涉仪的臂时，臂的时空长度发生改变，引起里面的两束激光产生干涉现象，进而通过干涉条纹感受引力波的存在。

实际上，来到地球的引力波已经很弱了，所激起的时空改变幅度也很弱，其带来的臂长改变幅度极小。这导致我们地球的其他现象，比如地震波动现象，对臂长的影响甚至会更明显一些。也就是有诸多因素对臂长的影响都会比引力波的影响大。可见，单独一个这样的探测器根本分辨不出哪个影响是引力波的影响！怎么办，那就用相同的两个探测器，并且安置在相距遥远的两个地方。然后从大量的激光干涉条纹中，找出时间上相同，条纹波动相同的干涉事件。这个过程是麻烦而细致的，这深刻体现了人类的执着与细心。

如果是三个相距遥远的探测器效果会更好，更准确，比如，可以更准确地知道引力波的来源方向。四个相距遥远，位置合理的探测器就可以构成一个立体结构了，探测器可以分布在四个三角形平面中，这样可以无死角地探测所有引力波，可以知道所有探测到的引力波的来向。比如，中国放一个，美国放一个，欧洲放一个，澳大利亚放一个，让探测器构成一个四面体的角。

2016年6月16日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布：2015年12月26日，位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号；这是继 LIGO 2015年9月14日（2016年2月11日发布）探测到首个引力波信号（双黑洞合并的引力波信号）之后，人类探测到的第二个引力波信号。这两次观测到引力波事件与发布时间都相差近六个月时间，可见，引力波探测工作的繁琐与细致。

2017年10月16日，多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。

引力波探测器已经成为天文观测的新工具，天文望远镜看到的，引力波探测器可以看到，天文望远镜看不到的，引力波探测器还可以看到。可见，引力波探测器发展前景尤为广阔，是人类认识宇宙的新手段。

图26 LIGO/MIT/Caltech发布的两个正在合并的黑洞产生的引力波艺术想象图

距离我们太阳系13亿光年，36倍太阳质量的黑洞与29倍太阳质量的黑洞合并，形成了一个62倍太阳质量的黑洞。相当于三倍太阳质量的物质或能量以引力波的形式流失宇宙空间。

可以观测到0.4秒的黑洞合并时间，这是两个黑洞合并前，引力波最强的阶段，也是频率最高的阶段。在0.4秒之前，两个黑洞相互环绕，依然会发出强大的引力波，只是距离我们地球遥远，到我们地球的时候，就很微弱了。因此，引力波的强度与距离有关，与距离的平方成反比。如果我们太阳系距离这个黑洞不是13亿光年，而是1.3亿光年，其发出的引力波来到地球的强度就会提高100倍，0.4秒之前的引力波，就可以观测到了，观测到的引力波时间会较长。也就是说，引力波辐射是很常见的现象，只是不容易被观测到而已。

黑洞与黑洞相互环绕会产生引力波，中子星相互环绕也会产生引力波，实际上任意天体相互环绕都会产生引力波。只是相互环绕的天体质量不太大或天体之间环绕速度较慢而产生的引力波较弱而已。

除了相互环绕的天体可以产生引力波之外，超新星的大爆发，这种大质量物质体系的高速运动现象也会产生明显的引力波。也就是说，物质加速或减速度运动都会向周围空间辐射引力波。比如我们开车或步行，也会向周围空间发射引力波，只是引力波太微弱，就是距离如此近，也测量不出来，不过，从理论上是可以得出这样的结论的。也就是说，引力波无处不在，以光速辐射的引力波自然会是交错弥漫于整个宇宙中，其物质或能量总量也会相当可观，这理所应当的会成为暗物质的一部分，也许会是一小部分。