2021-11-03 12:46:01
来源:奇趣科学探秘
2016年6月15日，激光干涉仪引力波天文台（LIGO）科学合作组织正式宣布，人类终于首次发现了来自两个黑洞合并所产生的的引力波，人类认识宇宙从而开启了新纪元，然而从爱因斯坦1915年发表相对论，预言引力波的存在，到人类发现引力波的2016年，用了整整100年的时间，资金也花了几十亿美元，每年上千名科研人员努力坚持，这才终于成功了，然而这值得吗？这东西到底有什么用？
1、什么是引力波
我们用最简单的描述解释下引力波，大家熟悉的是牛顿说的苹果落地的万有引力，地球之所以围绕太阳转动，是因为太阳对地球的引力。
地球绕太阳转
然而爱因斯坦却发表了惊天动地的广义相对论，他认为根本原因不是因为引力，是因为时空弯曲了，形象地说就是宇宙时空如同一张绷紧了的橡皮膜，当质量很大的太阳放在这张膜上的时候，就会压弯这张膜，于是朝太阳滚过去的地球就会绕着这张膜形成的凹陷转圈圈，这才是真相。如图所示：
弯曲的时空让地球绕太阳转
然而如果是多个物体在这张膜上运动的话，就会让整个膜颠簸起来，如同水面上的球运动产生水波一样，这样的物体也会产生波，在宇宙这张膜上传播起来，而这个东西就是引力波。
引力波
2、人类为什么想要找到引力波
广义相对论当年的提出可以说是惊天动地，完全颠覆很多人的想象，而作为一个物理理论，到底对不对呢？那就需要通过实验和观察才知道，当年人们就是因为爱因斯坦相对论解释和预言了红移现象，宇宙膨胀，宇宙存在黑洞等事实，然后人们观测以后真的发现了这些现象，才肯定了相对论的正确性，但相对论预言的最后一个引力波却一直没有找到，那就不能完全说相对论是正确的，要知道现代物理有很多理论和应用都是建立在相对论上的，一旦相对论出了问题，那现在的物理就必须来一个大换血了，这个结果是非常可怕的，于是花了100年的时间其中一个目的就是为了补上相对论的最后一块拼图。
感谢大家
3、为什么找引力波用了上百年？
我举个例子，一间10平米的屋子，我告诉你我藏了一个篮球在里面，你可以随便找，你觉得你需要多久能够找到？估计用不了几分钟吧，毕竟它太大了，那接下来我再告诉你，这里面我藏了一颗花生，估计你需要花几倍的时间才能找到它，但，如果我接下来告诉你，我在屋子里面藏了一粒芝麻，半根头发丝，甚至是一根绒毛呢？你觉得你需要多久才能找出来，很明显，难，为什么？太小了，而引力波就是这样。
太小了
引力波传过来的时候会引起空间波动，从而把空间上的物体拉长或者缩短，所以，最简单的就是我们可以通过观察空间的长短变化来找到和证明引力波的存在，但这个长度变化太微弱了，有多微弱呢？10万光年长的物体的长度会被压缩5毫米，10万光年，大概就是银河系的直径，能感觉到这个数字小到多么的绝望了吧。
银河系被缩短了5毫米，你发现了吗？
人类最精密的设备精度都比这个差无数倍，更不用说测出来了，这也是人类上百年时间发明了无数测引力波的设备，最终全部都失败了的原因，太小了，连爱因斯坦本人当年都认为人类根本不可能发现引力波，这个东西永远也不可能被观测到，但人类最终还是成功了，怎么做的呢？光！
相信光
4、激光干涉仪引力波天文台（LIGO）是什么？
LIGO
最简单的解释就是一束光分成等强度的两部分，然后分别射入两个相互垂直真空管道里面，而管道的尽头有镜子，于是光又被反射回来，通过调节两个真空管的长度，我们可以让光同时达到交点，然而这两束光就会相互抵消，检测设备上没有任何信号。
原理图
现在如果引力波过来了，就会让这两个原本调好长度的真空管道长度发生变化，于是这两束光回到中心的时间就不一样了，这样它们就无法抵消，于是我们就会从这里的检测设备上发现信号，这就证明空间刚才被引力波给扭曲了，这就是它的原理。
引力波让管道长度变化
但这样的设计有一个最大的问题，就是这玩意太精确了，一旦有任何的声音或者爆炸引起的振动都会让这个检测出问题，比如曾经人们发现LIGO有信号，激动好久才发现，原来这是千里之外的大西洋的海浪拍打海岸引起了变化，甚至一架飞机，或者一辆高铁经过都会产生干扰，那怎么办呢？答案是多建几个不就可以了吗!
我要打十个
我们可以在全世界很多地方都建立引力波天文台，如果是地球上的某个地方发出的信号引起了振动，那分布在全世界各地的天文台接收到的信号肯定不一样，甚至距离太远的天文台根本就接收不到，而如果引力波来了，那是会引起整个空间波动的东西，地球每个地方的空间都会变化，那每个天文台都会接收到信息，而且接收到信号的时间还会有规律，从而推断出引力波传来的方向等等参数，这就搞定了。
分布在全世界的天文台
所以，现在世界上引力波天文台有很多，比如位于美国路易斯安那州的LIGO（L1）；位于华盛顿州的 LIGO（H1）；位于意大利比萨附近的 VIRGO；德国的GEO，日本的TAMA300。还有欧洲的eLISA和日本的地下干涉仪KAGRA也在不断研发和建造。
5、引力波有什么用？
还是举个例子，你在游泳池游泳，这个游泳池是男女混用的，但是中间用帘子隔开了，你看不到对面的泳池，这个时候你如何知道对面有没有人呢？你可以听对面说话的声音，你可以听对方划水的声音，但如果对方只是轻轻的，安静的游泳呢？你可能就接收不到任何信息了，但是有一点可以确定，只要对方下水，或者在游泳，那么就一定会引起水的波动，然后帘子是挡不住水波的，你这边只要够精确，理论上讲，即便对方在100米以外的地方，你也能够通过水波知道对面有没有人，有几个人，甚至更精确的体重如何？身高臂长如何？（当然，这得你的感觉敏锐到不可思议），引力波的作用就是这个水波。
游泳引起水波变化
以往我们研究宇宙都是通过射电望远镜接收遥远宇宙的电磁波和可见光，但问题电磁波就如同声音一样，太容易被宇宙中的各种物体，各种电磁现象，各种磁场所干扰，这些东西会如同帘子一样，将远方的信号隔得所剩无几，而现在有了引力波，我们就可以慢慢的不管帘子存在了，能够更加直观的，敏锐的发现远方的星体，看到遥远的宇宙，甚至以后用它进行宇宙间的通讯等等。
引力波
6、有用和可以赚钱是两回事
很多东西并不是一发现就可以马上改变世界，创造产品，丰富生活，或者获得利润的，但未来的某一天它却可以产生巨大的用处，比如今天我们的gps定位，导航全部离不开爱因斯坦相对论的提出；麦克斯韦写出电磁方程的时候也不知道有什么用，但后来我们的所有收音机和现在的无线通信都是从那里来的，今天的引力波也许没有第一时间改变我们的生活，但未来，谁又敢说不是引力波的世界呢？所以这100年，这几十亿美金，到底值不值呢？不如再过几十年以后我们再来评价，你说呢？
千载悠悠无字碑，功过留与后人评
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