美国科学家破解“世纪悬案”

　　今年3月，美国哈佛大学科学家宣布探测到宇宙诞生之初的引力波事件，破解了这一关乎宇宙起源的“世纪悬案”，成为科学史上里程碑式的重大发现。不过，这还是一次间接证实引力波的存在，各国科学家仍在孜孜以求“亲眼所见”。一直以来，观测引力波被称为“宇宙中最大的徒劳无益之事”。根据广义相对论，高速运动且高加速度的物体及大质量天体运动、碰撞都会产生引力波，在连续时空扩散出去，犹如时空涟漪。地球上的物体质量相对太小，产生的引力波太弱；宇宙中大质量天体的运动、碰撞等产生极强的引力波，传到地球上，又变得非常微弱。所以，要在地球上探测引力波,必须借助灵敏度极高的探测器。

　　激光干涉仪可以用于观测来自宇宙中的引力波。中科院高能物理研究所研究员、北京师范大学天文系教授王运永指出，作为引力波天文学研究的关键设备，激光干涉仪引力波探测器已经在世界各地蓬勃发展起来，数台大型干涉仪相继建成并投入使用。

　　我国引力波直接观测是空白

　　“我国很多科研机构很早就开始引力波研究，但更多停留在基础研究领域，直接观测还是空白。”中国工程院院士、上海理工大学光电信息与计算机工程学院院长庄松林告诉记者，受观测技术和条件限制，我国引力波研究与发达国家还有一定差距。“目前，国内已有不少科学家参与过国外的引力波天文台建设，如果能联合起来自主创新，并将其列入国家大科学工程项目尽快启动，未来10到20年，我国的引力波天文台有望拔地而起。”

　　目前，全球最新的激光干涉仪引力波天文台，明年将在美国上线。这座最新建造的激光干涉引力波天文台耗资近3亿美元，历时十年建设，在华盛顿州与路易斯安那州之间架设了两个引力波探测器，其原理使用了迈克耳逊干涉仪等，使用臂长达到4公里的装置架设反射镜，激光则在反射镜中来回发射，这样就会形成干涉条纹，如果引力波传播到地球上，就可以引起干涉条纹的位移。

　　“中国要建造类似规模的引力波天文台，需要克服众多工程上的难题。比如，要捕获量级长度的波动，必须整个大科学装置稳定性超群，还要隔离振动——不仅包括外部环境因素造成的扰动，还有机械设备自身的震动。整个制造过程需要真空工艺、光学制造、精密加工、控制设计等一系列关键技术达到国际一流水平，这将极大推动我国基础工业的技术发展，缩小我国科学技术与发达国家的差距，并为我国基础科学研究提供重要的资源。”庄松林院士说。

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　　目前使用的探测引力波方法是激光干涉仪。在真空条件下，由两条长臂相互垂直结构组成，在长臂的两端悬挂一面镜子，镜面必须具有高反射率，将激光打入长臂中，让激光束在长臂之间的两面镜子间来回反射。然后，检测由于光程差引起的干涉条纹变化。

　　光程差的微小变化，就是因为引力波的影响作用，这个微小的变化只有一个质子的直径大小。