「新鲜事儿」《科学大家》| 了解引力波：让我们从13亿年前谈起
核心提示：出品 | 新浪科技《科学大家》撰文 | 施郁 复旦大学物理学系教授 全国量子力学研究会副理事长 。2017年10月3日 ， 瑞典皇家科学院宣布 ， 2017年的诺贝尔物理学奖的一半授予雷纳·韦斯（Rai...
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出品 | 新浪科技《科学大家》
撰文 | 施郁 复旦大学物理学系教授 全国量子力学研究会副理事长 。
2017年10月3日 ， 瑞典皇家科学院宣布 ， 2017年的诺贝尔物理学奖的一半授予雷纳·韦斯（Rainer Weiss） ， 另外一半授予巴里·巴里什（Barry Clark Barish）和基普·索恩（Kip Stephen Thorne） ， 以表彰他们“为激光干涉引力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ， 缩写为LIGO）以及引力波的观测所作的决定性贡献”
12天前 ， 9月21日 ， 这三位物理学家刚刚获得复旦-中植科学奖 。 复旦-中植奖详细描述了每位获奖者的贡献：
“雷纳·韦斯（Rainer Weiss）教授：发明的激光干涉引力波探测器是LIGO装置的基础 。 他首次分析了探测器的主要噪声来源 ， 并领导了LIGO仪器科学的研究 ， 最终使LIGO达到了足够的灵敏度 ， 在人类历史上第一次探测到了引力波 。
基普·索恩（Kip Stephen Thorne）教授：奠定了引力波探测的理论基础 ， 他开创了引力波波形计算以及数据分析的研究方向 ， 并对LIGO仪器科学做出了重要贡献 ， 特别是提出了量子计量学理论的一系列基本概念 。
巴里·巴里什（Barry Clark Barish）教授：领导了LIGO建设及初期运行 ， 建立了LIGO国际科学合作 ， 他把LIGO从几个研究小组从事的小科学成功地转化成了涉及众多成员并且依赖大规模设备的大科学 ， 最终使引力波探测成为可能 。 ”
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作者在复旦-中植奖新闻发布会上介绍获奖科学背景
为了理解他们的获奖成果 ， 让我们从13亿年前谈起 。13亿年前 ， 宇宙中有两个黑洞相互碰撞 ， 而且并合成一个大黑洞 ， 发出引力波 。
引力波以光速向四周传播 ， 经过13亿年在各个方向的长途跋涉 ， 于2015年9月14日穿过诞生于45亿年前的地球 。
在地球上 ， 人类的演化历史 ， 也只不过200多万年 。 100年多前 ， 阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）声称宇宙中存在引力波 。
【「新鲜事儿」《科学大家》| 了解引力波：让我们从13亿年前谈起】2002年 ，LIGO开始工作 ， 13年后探测到代号为GW150914的引力波 ， 事实上 ， 在这个引力波到达两天前 ， 升级后的LIGO刚开始工作 ， 9月14日恰好捕捉到它 ， 这是人类第一次直接探测到引力波 。
波是某种振动的传播 ， 如水波、声波等 。 顾名思义 ， 引力波就是“引力的波” 。 引力波超越了牛顿引力理论 。
三百多年前 ， 艾萨克·牛顿（Isaac Newton）说 ， 任何两个有质量的物体之间存在万有引力 ， 而且这个引力是瞬时的 ， 也就说 ， 物体之间引力的传递不需要时间 。 牛顿解释了为什么地球围绕太阳转 ， 为什么树上的苹果会落地 。
然而爱因斯坦1905年创立的狭义相对论指出 ， 任何信号的传递不可能超过光速 ， 时间和空间成为整体 ， 称为时空 。 在相互匀速运动的不同观察者看来 ， 同一事件的时间坐标和空间坐标都不一样 ， 但是总的时空间隔保持不变 。
十年之后 ， 爱因斯坦又将引力纳入相对论的框架 ， 创立广义相对论 ， 指出万有引力就是时空的弯曲 ， 由此决定物质的运动 。 用索恩的导师、美国著名物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）的话说 ，
“物质告诉时空如何弯曲；弯曲的时空告诉物质如何运动 。 ”
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