面对无数次为他们创造奇迹的物理学家,广大的科学爱好者愿意分享他们的快乐,渴望理解他们的情感。那么,什么是引力波?为什么很难发现它?确认引力波的存在对我们人类有什么意义?

据说欧洲曾经有一群极端的动物保护组织,反对人们把金鱼养在圆形鱼缸里。他们的理由是圆形鱼缸里的鱼所看到的世界是一个扭曲的世界,而不是一个真实的世界。后来,一位物理学家指出,“你怎么知道你不是在一个更大的鱼缸里看世界?你怎么知道鱼缸里不会有一个“物理学家”,他能发现他生活的世界和现实世界的不同,从而纠正他所看到的世界?”

有趣的是,在1915年,爱因斯坦发表了一篇关于“引力理论”的文章,用几何语言描述了引力和质量之间的关系,并发现引力只是等同于空间张量坐标的扭曲。这种在数学上完全可行的理论推导,在现实物理中很难被人们理解。人们惊讶地发现,我们生活在一个扭曲的空间里,所有材料的质量是造成这种扭曲的原因。

如果广义相对论是正确的,质量的存在会扭曲空间,那么从理论上讲,质量的任何加速都会引起空间的震动。事实证明,我们的空间从来就不是一个坚硬而坚固的理想刚体。它就像水面,不时有波浪。太空深处的天体运动激起了太空中的波浪,并将它们传递给我们。这就是所谓的引力波。

观念的改变是困难的,人们很难说服自己,他们只是鱼缸里的一条鱼,他们眼中的世界是一个扭曲的世界。尽管数学推导无懈可击,但实验科学家最难说服。除非有充分和准确的实验证据,否则他们不相信任何书面推论。从那以后,几代实验物理学家开始寻找广义相对论的各种证据。水星的近日点进动、光线弯曲和光谱重力红移都在科学史上扮演了重要角色。然而,引力波的测量具有很高的精度要求,并且需要投入大量的人力和物力,而这是人类无法直接和准确检测到的。

根据理论计算,这个空间的膨胀比比短纤维丝的膨胀比短。然而,我们应该用什么样的尺子来测量这样小的距离变化呢?众所周知,任何物质本身的膨胀和收缩都远远大于这种空间抖动的规模。幸运的是,科学家发现了一种合适的尺子——激光。两束远在几公里之内的激光束在极小的距离移动时会发出干涉条纹,这是探测引力波的最佳标尺。

最后,正是有了这把尺子,科学家们花了一个世纪的努力,再次为人类理解物质世界找到了一个可信的实验基础。