黑洞碰撞產(chǎn)生的引力波向四周傳播,旅途中隨著距離衰減。在地球上,恐龍崛起,演化,消亡。引力波繼續(xù)前進(jìn),大概五萬年前,引力波到達(dá)了我們的銀河系,正當(dāng)智人開始取代其近親尼安德特人開始成為地球上最主要的人猿。100年前,愛因斯坦,靈長類物種中進(jìn)化的最先進(jìn)的人類的一員,預(yù)言了引力波的存在,激發(fā)了數(shù)十年的猜測(cè)和無果的尋找。20年前,一個(gè)巨大的探測(cè)器開始建設(shè):the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)。終于,在2015年的9月14號(hào),在中午11點(diǎn)(中歐時(shí)間)前,引力波到達(dá)了地球。Marco Drago,一位32歲的意大利籍博士后學(xué)生,全球LIGO科學(xué)合作組織的成員,成為第一個(gè)注意到它們的人。Marco當(dāng)時(shí)坐在位于德國Hannover阿爾伯特 愛因斯坦研究所他自己的電腦前,遠(yuǎn)程觀看LIGO的數(shù)據(jù)。引力波出現(xiàn)在他的屏幕上,就像一個(gè)被壓縮了的曲線,不過LIGO裝置著全宇宙最精致的耳朵,可以聽到千億分之一英尺的振動(dòng),應(yīng)該仿佛聽到了被天文學(xué)家稱為「蛐蛐叫」的聲音 —— 一聲微弱的由低到高的呼叫。一年之后,在華府的新聞發(fā)布會(huì)上,LIGO團(tuán)隊(duì)正式宣布那個(gè)信號(hào)即為歷史上第一個(gè)直接觀測(cè)到的引力波。
當(dāng)Drago看到信號(hào)時(shí),他驚呆了。「當(dāng)時(shí)很難決定該做什么,」他后來告訴我。他通知了一個(gè)同事,同事冷靜的通知了位于Livingston,路易斯安那州的LIGO控制中心。消息開始在上千個(gè)參與這個(gè)項(xiàng)目的科學(xué)家中傳播開來。在加州,David Reitze,LIGO實(shí)驗(yàn)室的執(zhí)行總監(jiān),剛送走了女兒去學(xué)校,來到了他的加州理工辦公室,馬上就被各種消息淹沒了。「我不記得當(dāng)時(shí)具體說了什么了,」他告訴我說。「大致的反應(yīng)是,『天哪,這是個(gè)什么東西?』」。Vicky Kalogera,西北大學(xué)的物理與天文學(xué)教授,當(dāng)時(shí)開了一天的會(huì),直到晚餐時(shí)才聽到消息。「我老公請(qǐng)我把餐桌布置好,」她說,「可是我完全不理他,只顧著瀏覽一大堆古怪的電子郵件并自問,到底發(fā)生了什么事?」Rainer Weiss,已經(jīng)83歲高齡物理學(xué)家,是早在1972年LIGO項(xiàng)目的最初提出者,當(dāng)時(shí)正在緬因州度假。他登陸到系統(tǒng)上,看到了信號(hào),然后大叫道:「我的上帝啊!」,音量如此大驚的他的妻子和成年兒子跑過來看他。
合作研究人員立即開始了非常細(xì)致繁重的兩遍,三遍,四遍的數(shù)據(jù)確認(rèn)?!肝覀冋f我們做了約質(zhì)子直徑千分之一大小的尺度的測(cè)量,向我們講述著兩個(gè)黑洞在10億年前的合并,」Reitze說道?!高@可是一個(gè)非同尋常的宣布,需要非同尋常的證據(jù)支撐?!古c此同時(shí),LIGO科學(xué)家們被要求宣誓保守秘密。隨著這一發(fā)現(xiàn)的傳言散布開來,從9月份末持續(xù)到最近一個(gè)星期,媒體的激動(dòng)進(jìn)入了尖峰狀態(tài);也開始有關(guān)于諾貝爾獎(jiǎng)的議論。不過所有的合作者給外界任何詢問這件事的任何人一個(gè)統(tǒng)一的簡單的答復(fù)——他們?nèi)匀辉诜治鰯?shù)據(jù),還沒到發(fā)表結(jié)果的時(shí)候。Kalogera甚至連自己的丈夫都沒告訴。
LIGO由兩個(gè)設(shè)施組成,相隔1900英里——大約坐飛機(jī)需要3個(gè)半小時(shí),不過對(duì)于引力波只需要萬分之一秒就能到達(dá)。位于路易斯安那的探測(cè)器,位于Baton Rouge東部的濕地,周圍環(huán)繞著商業(yè)松樹林;另一個(gè)位于華盛頓州的探測(cè)器,在全美核廢料數(shù)量最多的核設(shè)施的西南部,位于沙漠灌木蒿,風(fēng)滾草,和廢棄的核反應(yīng)堆之間。在每一處設(shè)施,都有兩個(gè)12英尺高的互成直角的混凝土管道伸向遠(yuǎn)方,從高空看上去像是木工的矩一樣。管道是如此之長,將近2.5英里,他們需要在尾端從地面升起近1碼,來確保管道自身的直線性,與地球表面自身的彎曲分離。
LIGO是更廣泛的找尋愛因斯坦廣義相對(duì)論難以測(cè)量的效應(yīng)的工作的一部分。這一理論,簡單的說,聲稱時(shí)間和空間會(huì)在質(zhì)量面前被彎曲,時(shí)空彎曲的效應(yīng)就是我們?nèi)粘8惺艿囊Α.?dāng)兩個(gè)黑洞彼此圍繞,它們把周圍的時(shí)空伸展和壓縮,就像孩子們?cè)诒拇采吓軄砼苋?,生成可以傳播到周邊的振?dòng);這些振動(dòng)就是引力波。引力波經(jīng)常路過我們身邊,來自宇宙中各種源頭,但是引力是比所有其他基本自然作用中更微弱的——電磁作用,比方說,也就是束縛原子的作用——以致于我們幾乎從來感覺不到它們。愛因斯坦曾認(rèn)為引力波可能永遠(yuǎn)都不會(huì)被探測(cè)到。他甚至兩次宣布引力波不存在,然后一次再一次的修正他自己的預(yù)測(cè)。當(dāng)時(shí)一個(gè)懷疑者曾經(jīng)評(píng)論說引力波好像是靠著「思維的速度在傳遞」。
從理論提出開始,過了50年才有人開始建造可以檢測(cè)引力波的設(shè)備。第一個(gè)嘗試這么做的人是一位馬里蘭大學(xué)的工程學(xué)教授,名叫Joe Weber。他把自己的設(shè)備命名為「諧振條天線」。Weber相信鋁制的圓柱體可以被當(dāng)作鈴鐺,放大微弱的引力波。當(dāng)引力波撞到圓柱體,圓柱體會(huì)輕微的振動(dòng),圓珠周圍的傳感器會(huì)把這種振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。為了確保他測(cè)量到的不是周圍經(jīng)過的卡車或者輕微地震的振動(dòng),Weber發(fā)明了一些保護(hù)措施:他將他的條懸置在真空中,他使用了兩個(gè)諧振條,位于不同的地點(diǎn),一個(gè)在馬里蘭大學(xué)的校園,另一個(gè)在芝加哥附近的Argonne國家實(shí)驗(yàn)室。如果兩個(gè)諧振條在微小時(shí)間間隔中產(chǎn)生同樣的振動(dòng),他認(rèn)為就是可能是引力波造成的。
1969年6月份,Weber 宣布了他的諧振條記錄了引力波事件。物理學(xué)家和媒體都很激動(dòng),《紐約時(shí)報(bào)》這樣報(bào)道:「人類對(duì)宇宙的觀測(cè)又一新篇章被翻開了?!购芸?,Weber 開始報(bào)道每日都有信號(hào)記錄。 不過其他的實(shí)驗(yàn)室都沒有產(chǎn)生與他的結(jié)果類似的觀察,對(duì)他的懷疑開始擴(kuò)散。到了1974年,很多人都下結(jié)論Weber的結(jié)果有錯(cuò)誤。(Weber持續(xù)宣稱有新的探測(cè)結(jié)果,直到他2000年去世為止。)