2017年諾貝爾物理學獎獲得者雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·索恩

瑞典當地時間10月3日上午11點50分，諾貝爾物理學獎評委會委員、瑞典皇家科學院秘書長約蘭·漢森宣布，將2017年諾貝爾物理學獎授予3位美國物理學家雷納·韋斯（Rainer Weiss） 、巴里·巴里什 （Barry Barish ）、基普·索恩（Kip Stephen Thorne），以表彰他們對引力波探測器LIGO的決定性貢獻及其對引力波的觀察。900萬瑞典克朗（約合人民幣733.9萬）的獎金一半將授予麻省理工的雷納·韋斯教授，另一半則由來自加州理工學院的巴里·巴里什和基普·索恩分享。

現場記者連線采訪韋斯時，他說：“當我們2015年9月探測到引力波時，很多人不敢相信。經過數月時間，科學家們才逐步說服自己，引力波的發現已經是個事實。這是令人非常激動的時刻。”

在評委會發布的新聞公告上如此評價：對引力波的成功探測使我們了解宇宙開端的真相成為可能。LIGO通過直接探測到引力波，證明了黑洞的存在及其性質。引力波也給我們提供了了解宇宙的另外一個全新維度。可以說之前僅僅是看到的宇宙的圖景，卻沒有聲音。引力波使我們對宇宙的了解上升到。在此之前我們對宇宙的了解僅限于畫面，而引力波的探測使我們可以通過聲音去探索宇宙，改變了之前對宇宙單一的認知方法，發起了人類對宇宙的認知革命。

約蘭·漢森在新聞發布會上稱“今年獲得物理學獎的科學發現震驚了世界”。

美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)

引力波：探索宇宙新方式

400多年前，當伽利略第一次將望遠鏡指向星空，讓人類看見清晰的太空時，就再沒停止對這個神秘的空間進行探尋。100年前愛因斯坦廣義相對論的提出，預言了時空的“漣漪”——引力波的存在。做加速運動的大質量天體可以劇烈地撼動時空，并且空間扭曲的波動將從波源輻射出去，就是引力波。這些以光速傳播的“漣漪”攜帶了天體源激烈動蕩的信息以及關于引力本質的線索。捕捉到引力波，人們就可以用一種前所未有的方式探索宇宙。

但是引力波的測量困難得異乎尋常，雖然天體通過引力波釋放的能量是驚人的，但因為它幾乎不和物質相互作用，所以引力波總是“率性”而至，似乎什么都阻擋不住它的步伐，因此它包含著源的中心區域最核心的信息。可是，引力波的“率性”在帶來核心信息的同時，也讓探測極為困難。直到1974年物理學家約瑟夫·泰勒（Joseph Hooton Taylor, Jr）和拉塞爾·赫爾斯（Russell Alan Hulse）發現了處于雙星系統中的脈沖星，該雙星系統會以引力波的形式損失能量，這間接證明了引力波的存在。泰勒和赫爾斯也因這項工作榮獲1993年諾貝爾物理學獎。

確定引力波是真實存在的物理現象后，如何探測引力波成為很多天文物理學家的研究方向。

兩顆黑洞相互盤旋發出引力波示意圖

LIGO：傾聽宇宙的招風巨耳

用激光干涉的方法測量引力波是由雷納·韋斯提出的，作為電影《星際穿越》的科學顧問兼制片人，基普·索恩關注并合理地改進了這一方法。于是，在上世紀 90 年代，由加州理工和麻省理工合作主導的兩個激光干涉引力波觀測臺（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，縮寫為LIGO）正式開工建設。有趣的是，當LIGO項目早期尋求美國政府的資金支持時，它在國會面對的最大反對者竟然是天文學家們。反對的聲音并不能阻止科學家們探究的興趣和腳步。與美國的LIGO同期建立的激光干涉引力波探測儀，還包括日本的TAMA300，德國的GEO600，意大利的Virgo等，數臺第一代激光干涉引力波探測儀在全球開花。

美國LIGO的兩臺孿生引力波探測儀分別位于華盛頓州的漢福德和路易斯安那州的列文斯頓，彼此相距3000千米，就像是一對“傾聽宇宙的招風巨耳”。只有當兩個探測儀同時檢測到相同的信號才有可能是引力波。LIGO于1999年初步建成，2002年開始運行。

但在2002年至2011年期間，雖然全球各地的探測儀都在監測，并未探測到引力波。直到2015年，兩個升級版的高新激光干涉引力波天文臺（ALIGO）正式投入運行。9月14日，剛剛開機3天的ALIGO便探測到了距離地球13億光年之外的兩個黑洞在合并過程中放射出的引力波。這是在愛因斯坦發表了廣義相對論一百年之后，人類第一次發現引力波存在的直接證據，這意味著人類真實地探測到了很久很久以前，一個很遠很遠的星系發生的一件驚天動地的大事！這個發現以系列論文的形式發表在《物理評論快報》（PRL）雜志和《天文期刊》（The Astrophysical Journal）雜志上。基普·索恩稱之為“是人類觀測到的除了宇宙大爆炸之外最為劇烈的爆炸。”

12月26日，在首次探測到引力波信號僅3個月之后，ALIGO的兩個探測器就再次記錄到了新的引力波信號。跟上次一樣，這一引力波信號也源自于兩個黑洞即將合二為一之時最后的相互繞轉。

作為一個擁有近千名科學家的大型合作組織，LIGO科學合作組織對待自己的數據非常謹慎，直到2016年2月11日， 才對外宣布，ALIGO首次直接探測到引力波和首次觀測到雙黑洞碰撞與并合。發布會上，LIGO科學合作組織表示“ALIGO是世界上最精密的測量儀器”。那時的天文物理學界就開始紛紛猜測，諾貝爾物理學獎對LIGO的召喚不遠了。

探尋引力波 中國也有大動作

在LIGO科學合作組織近千名科學家中，有不少來自中國的科研人員，更有一個團隊來自中國，那就是清華大學LIGO工作組。它的創始人是曹軍威，2004-2006年，曹軍威在美國麻省理工學院空間研究中心工作期間，便參與了引力波數據計算和分析。鑒于當時在中國對引力波的研究還不多，回國后，曹軍威馬上組織創建了清華大學LIGO工作組。并于2009年申請并正式通過加入LIGO科學合作組織。近幾年來，清華大學研究團隊主要與麻省理工學院、加州理工學院和西澳大利亞大學等LSC成員合作開展工作，主要研究成果包括：GPU加速引力波暴數據分析和實現低延遲實時致密雙星并合信號的搜尋；采用機器學習方法加強引力波數據噪聲的分析；分析引力波事件顯著性的系統誤差等。研究成果發表在物理評論D等期刊。

一些其它的引力波監測計劃已在中國悄然啟動：中山大學啟動了中國本土重大的引力波探測工程“天琴計劃”;由中美合作研制的阿里望遠鏡，將由中科院高能物理所計劃在全球4個最佳觀測點之一的中國西藏阿里設立; 在中國西南貴州，中科院國家天文臺射電部將建FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope）射電望遠鏡，號稱中國有史以來最大的天文項目;太極計劃是一個中歐合作的國際合作計劃，擬用激光干涉方法進行中低頻波段引力波的直接探測……

探測引力波，是物理學家們長達一個世紀夢想，上千位科學家數十年辛勤的付出，一個世紀的長跑接力終于抵達了終點。同時另一個新的天文物理時代，也悄然開啟。引力波探測器能夠讓科學家們在光學望遠鏡“看到”某個現象的同時“聽到”它的“聲音”。也許有一天，就像《三體》描述的那樣，人類能探聽到外星人的星際通訊，聽到來自太空的聲音。

[責任編輯：楊凡、高亞南]

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