面对引力波，人类需要“兼听则明” 导读自2015年人类首次探测到引

导读
自2015年人类首次探测到引力波以来，科学家们急切地想要探测这一全新的天文宝藏，分析挖掘这里面蕴藏的宇宙的故事。目前已经确认的引力波事件已经有90多例，科学家从中获得了哪些信息？又有哪些新的问题需要解答。
在本期推文中，让我们跟随作者的笔迹，先小窥一下引力波的发现史，进而将耳朵竖起、眼睛张开，感受引力波的未来。
撰文|陈弦（北京大学）
责编|韩越扬、吕浩然
01
什么是引力波？
往平静的湖面扔一颗石头，湖面会泛起涟漪，因为石头扰动了水面。类似的，往时空中扔一团物质，时空也会起波澜。这是爱因斯坦的广义相对论所给出的预言：物质能弯曲时空。
弯曲的时空，根据广义相对论，就可以产生引力。正是因为这个原因，人们把时空的波动叫做“引力波” 。

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扰动水面，可以激起水波；扰动时空，可以激发引力波。图片来源：Pixabay
02
怎样探测引力波？
我们之所以看得到水波，是因为我们可以离开水面，观察水面的弯曲起伏。说得抽象一点，是因为我们可以跳出水面这个二维平面，上升到三维空间，来观察水波的影响。
然而，引力波是在三维空间中传播的，我们就生活在三维空间中，没有办法跳出这个维度做任何的观察。那怎样才能觉察到引力波的存在呢？
我们可以先想想生活在水面的小虫子。假设它们体型微小，看不到水面以外的东西。其次，它们的视力也有限，只能看到距离很近的物体。这种生活在二维平面中的小生物，有没有机会觉察到水面的波纹呢？答案自然是有的。它们可以观察水面的其他虫子。水波经过时，弯曲的水面会导致虫子之间的距离发生变化。可以想象，那时候虫子们会惊讶地发现，它们的邻居突然变得忽近忽远、飘忽不定起来。
小虫子的方法其实就是人类探测引力波的方法。不过在解释具体的探测方法前，还有一个重要的问题要回答。
03
为什么要探测引力波？
千百年来，人类早就习惯了依赖眼睛观察世界。当今的大型天文望远镜，就是人类视力的延伸，是我们观察宇宙的巨眼。那为什么还要耗费巨资建造引力波探测器呢？
因为接收的讯息不一样。探测引力波更像用耳朵听声音。利用耳朵，我们可以感受空气的振动，而且振动幅度越大，声音越响。而利用引力波探测器，我们则希望探听到时空的振动。这种振动的幅度越大，探测器反馈的信号就越显著。如果说望远镜让我们接收来自宇宙的短信，那么引力波探测器接收到的就是宇宙发来的语音。
没有引力波探测器，天文学家就好像失去了听力。仅仅依赖望远镜“看”宇宙，就好像捂着耳朵在昏暗的森林里探索。不要误会，这种“无声”的探索不一定就是索然无味的。事实上，我们仍旧可以看见光怪陆离的古木、小动物在林间穿梭、小鸟在树枝间跳动。这样的森林也足够有趣的。
解放耳朵，打开听觉，那我们将听到树叶的沙沙作响，小动物的窸窸窣窣，还有小鸟各式各样的鸣叫。也许还有我们根本看不到的猛兽，在森林深处低吼。这不是更加新鲜刺激吗？
这就是我们探测引力波的目的。
04
为什么等了一百年？
早在1916年，爱因斯坦就预言了引力波的存在。但等到2015年，我们的引力波探测器才找到了确凿的信号。为什么探测引力波那么难，要等一百年呢？