引力波初步被证实

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凤凰网科技讯北京时间8月11日消息，据外媒报道，爱因斯坦预言的时空结构震荡论认为，由于超新星爆炸、中子星与黑洞等天体相撞，致使宇宙中产生神秘的引力波。近日欧洲科学家获得引力波的存在证据，从而证实了爱因斯坦理论的正确性。
据悉，在欧洲引力波探测计划中，科学家在德国汉诺威的GEO600引力波观测站和意大利比萨的处女座（Virgo）引力波探测器处使用陆基引力波天线。德国汉诺威的GEO600引力波观测站的干涉仪臂长达600米，是德英联合项目；而处女座引力波探测器臂长更是达到3000米，是意大利、法国、波兰、匈牙利四个国家联合研究的项目。
根据相对论可知，高速运动的物体和宇宙中大质量的天体碰撞都会产生极强的引力波， 当这些引力波传到地球上时会变得微乎其微，因此地球需要极高灵敏度的引力波观测站来探测引力波。
科学家目前用激光干涉仪来探测引力波，这种仪器得机构由两条互相垂直的长臂组成，长臂的两端挂有两面高反射率的镜子，激光打入到仪器长臂后，从而激光束在镜子之间来回反射。而科学家对此进行由于光程差引起的微小变化的检测，这个微小变化仅仅有质子直径大小。
此外，对引力波的检测需要极其高的技术条件：比如隔离真空、隔离振动等。隔离振动包括外部环境致使的振动和内部设备引起的振动。
引力波监测需要多个地面站同时工作，这些地面站的探测装置都是相同的，这样可以最大程度上来减小仪器测试产生的误差；而在监测过程中，必须同时接收同样的信号，这样可以避免受到地面信号源的干扰，从而保证引力波信号源的探测的精准性。
德国马克斯普朗克引力物理研究所、德国汉诺威莱布尼兹大学的哈特穆•特格罗特博士通过监测比较认为： GEO600引力波观测站和Virgo引力波探测器在600HZ以上的中/高频波段的灵敏度十分相似。这对科学家来说是一件非常有趣的事，科学家可以通过此波段寻找超新星爆炸所产生的引力波，并在此基础上进行监测，可以节省时间和提高监测效率。
据已知研究表明，伽马射线是最强的引力波来源之一，而中子星或黑洞也都是引力波极佳的探测源。不过即使是中子星或黑洞碰撞所传到地球的引力波信号也非常微弱，因而能监测到的概率非常小。

德国引力波探测器GEO 600的一项奇怪发现，不但可能冲击现有宇宙理论，还引发美国费米国家实验室的科学家们开始建造一个“全息干涉仪”，将探测深入到“普朗克长度”，以便更进一步观察宇宙的时空结构及这一结构中的波动——引力波。

引力波被称为“爱因斯坦广义相对论中最后一个尚未被证明是对的组成部分”，新探测仪器的出现有可能使人们直接观测到时间的不连续性，亦将带领人们发掘宇宙起源最深处的奥秘。

激光干涉追寻时空波纹

引力波其实是爱因斯坦对于万有引力本质的理解。他认为引力场有一种跟电磁波一样的波动，是为引力波。而引力波表现为时空曲率的扰动，以行进波的形式向外传递，其传播速度等于光速。

按道理，引力波存在且无处不在，深空中的突变性事件，如超新星爆发、黑洞形成、大型天体相撞这些过程，都能辐射出较强引力波。但事实上，以往在地球上进行的引力波直接搜寻的所有努力都以失败告终。其原因在于，波动虽能造成地球上各处相对距离的变动，但当它们到达地球的时候已经变得非常弱了，对于地球上最先进的引力波探测器来说，其变动的数量级小于一颗质子直径的千分之一。因而尽管引力波毫不模糊且被公认，却一直只能是广义相对论的预言。

但科学家们可不满足于这一点。于是，基于激光干涉原理的引力波探测器被建造出来。这一类型的探测器通过测量两条激光束相遇时所形成的干涉图像的变化来探测引力波，干涉图像依赖于激光束的传播距离，当引力波穿过时激光束的传播距离会相应变化。

因为目标是非常微弱的信号，引力波探测器的敏感度需达到几乎难以想象的程度。以德国引力波探测器GEO 600来讲，其对距离上极微小的变化都非常敏锐，甚至可探测到日地距离所发生的原子半径级别的变化。不过，这种激光干涉计的探测器灵敏度要与激光传播的距离成比例的话，一般来讲其尺寸都非常可观。

“奇怪波动”挑战现有认知

德国的GEO 600并不是新产物了，其已默默工作有些时日。然而，在近期利用其搜寻引力波的过程中，物理学家偶然发现了令人迷惑的现象——这一高科技设备虽然还没有找到引力波存在的证据，但却发现了大量的噪音。

这就有必要简单描述一下这类探测器的工作过程。以GEO 600为例，其要实现功能，需要发射一束激光穿过600米的隧道，再将激光分裂成两束，经过反射的一束以及未经反射的一束均进入干涉仪。当引力波经过这部分空间的时候，两束激光之间的微小位移将会由干涉仪进行探测。即便这种距离的变化非常之微妙，但如果引力波探测器有结果，那就很可能是引力波通过时引起的。

而今GEO 600的“噪音”让研究人员无从解释，在剔除了所有人为因素的影响之后仍不得要领，他们于是向费米实验室的科学家克雷格·霍根寻求帮助，希望他利用量子力学上的专业知识帮助阐明这一不规则的噪音。

霍根反馈的意见让人震撼又迷惑。他说：“看上去GEO 600受到了时空微观量子级别的冲击。”换句话说，GEO 600探测到的并不是来自什么噪音源，而是时空本身发生的量子级别波动。

这一看法的深层意义在于：根据爱因斯坦对宇宙的认知，时空应该是连续平滑的，而照霍根的结论推测时空实际上是不连续的，是由一系列量子点组成。其直指爱因斯坦的理论需要修正。

全新探测器进入量子尺度

量子力学的测不准原理意味着一些基本量度如长度和时间具有测不准性。而测不准的程度由普朗克常数确定，该常数可以定出最小长度量子——“普朗克长度”，比其更短的长度是没有意义的。

现在，要证明“奇怪波动”的来源，研究人员就需要深入到“普朗克长度”——10-35米进行探测，而GEO 600实验中探测到的噪音尺度不到10-15米。因此需要提升引力波探测仪的分辨率，这导致了“全息干涉仪”的产生。

“全息干涉仪”是利用全息照相的方法来进行干涉计量，其与一般光学干涉检测方法很相似，但获得相干光的方式不同。光学干涉检测方法获得相干光的方式如前所述，一般是将同一束光的振幅分为两个部分，但全息干涉计量术则是将同一束光在不同时间的波前来进行干涉，可以看作是一种波前的时间分割法。这就使相干光束由同一光学系统所产生，可以消除系统误差。

霍根认为，GEO 600在其尺度上发现的噪音是由于宇宙“视界”（天文学中黑洞的边界，在此边界以内的光无法逃离）的全息投射造成的。霍根比喻说，这就像一张图片越放大就会越模糊甚至像素化，宇宙“视界”投射其实发生在普朗克尺度中，所以在我们所身处的时空尺度上，这一投射发生了模糊。

而要验证霍根的结论，目前最值得依赖的就是这台“全息干涉仪”。其现正由费米实验室全力打造，它必将比GEO 600探测到更小的尺度，从而进入到量子尺度。如果霍根的看法是正确的，探测器将能探测到时空结构中的量子噪声，给我们现有对宇宙的认知带来巨大的冲击。

厉害啊  崇拜爱因斯坦

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