科学家全力探查时空引力波 相对论可能要改写

    文/胡珀斯

　　据美国《连线》杂志10月22日报道，如今，科学家们正竭尽全力探查来自宇宙中最重大事件所产生的“波纹”：诸如宇宙黑洞和中子星等超密度天体的旋转、运行、爆炸或相撞，都可能释放一种引力波。美国和瑞士、意大利等几个天文科研机构已投入数亿美元，科学家们似乎不查出个究竟来誓不罢休。

　　2010年有重大发现

　　1918年，著名物理学家爱因斯坦预测，宇宙中天体的旋转、运行、爆炸或相撞，都会释放一种可歪曲时空的波动——引力波。截至目前，科学家已投入数亿美元用于探测引力波，但至今还是一无所获。显然，就此中断这方面的研究还为时尚早。世界各地的物理学家一直在对多部动辄造价数百万美元的大型仪器进行微调，用以筛除背景噪声。这样一来，他们认为就可以观测到引力波的独特信号。

　　物理学家们相信，2010年前，他们就能将相互碰撞的黑洞的巨大撞击声，或是脉冲星的震动发出的“嗡嗡”声记录下来——这一发现将成为整个科学界的大胆尝试。美国加州理工学院-麻省理工学院激光干涉仪引力波观测台(LIGO)首席科学家拉纳·埃德希卡利说：“我对学生们讲，他们是幸运的。他们介入该领域的时机恰到好处——我们不久就会有重大发现。”

　　有关引力波存在的确凿证据，不仅可以验证爱因斯坦相对论中的一条重要原则(即引力会使时空弯曲)，同时也会为探索黑洞、中子星、夸克星(如果这些备受争议的天体确实存在的话)、宇宙弦(也存在争议)以及其他迄今尚未设想过的科学宝藏，提供“史无前例”的参考。科学家们虽然耗费十多年时间来细心探测引力波，且一次次徒劳无功，但在探测过程中却不断创造了更有威力的观察工具。

　　探测仪器层出不穷

　　一些“自助型”装置也加入到这一队伍中。美国马萨诸塞大学的一名科学家将8台索尼PlayStation　3游戏机串在一起，组成一台计算能力超强的超级计算机，为探测引力波注入无穷动力。其他一些探测小组还推出更大的机器，瑞士日内瓦大学的斯蒂法诺·弗法就是一个著名的引力波探测小组成员，该小组还包括来自瑞士和

意大利的33名科学家。

　　他们最近向英国《经典重力和量子重力》杂志提交了一份研究报告，对一直以来用引力波侦测器“探索者”(Explorer)所做的各种尝试均无功而返的结局做了说明。“探索者”是一根被过度冷却、长3米的铝棒，存放在瑞士的欧洲粒子物理实验室(CERN)。弗法表示，“探索者”已经过特别的调试，应该能感知旋转的中子星(也称为脉冲星)的引力波。

　　弗法及其同事估计，整个银河系大约分布有20万个这种不断旋转的超密度天体(中子星)。这些天体的密度十分巨大，以至于糖块那么大的中子星就相当于整个人类的重量。然而，“探索者”中超低温原子的热噪声，超过了铝棒在引力波冲撞时所遭受的瞬间“爆炸声”。因此，“探索者”研究小组必须使用敏感的超导电路来诱捕信号，这是依旧在不断完善的一项艺术。

　　加州理工学院和麻省理工学院的激光干涉仪引力波观测台，是一个比“探索者”规模更大、更具雄心的项目。激光干涉引力波天文台的外观就像尚未完工的石油管道，长两英里半(约4公里)的“管道”从中央建筑垂直伸出。这些管道(一根在路易斯安那州的利文斯通，其他的在华盛顿州的里士满)，含有敏感的光学仪器，激光可在其中来回反弹一百次，接着组合在一起，可以让物理学家对两组光束进行比对，并通过其光线传播来监测时空的微小变化。

　　相对论可能要改写

　　LIGO观测站两个垂直激光束的干涉图有时会在刹那间产生碰撞。如果同样的碰撞发生在LIGO位于路易斯安那和华盛顿州的探测站，而

地震又不能解释这种异常，那么来源可能就是引力波。这是一个耗巨资等待的时刻，但至今一直未发生。自2002年首次开始运行以来，LIGO观测站就产生了海量数据。一个广受追捧的分布式计算项目“Einstein＠Home”(即利用家庭和办公电脑的闲置空间，分析能够证实引力波存在的数据)，对这些数据进行筛选，寻找所有可能错过的信号。

　　如今，LIGO项目科学家已经开始搜寻这种引力波信号的数据。如果科学家依旧一无所获，那么爱因斯坦的理论(相对论中关于引力波使时空扭曲)可能就需要改写了。瑞士日内瓦大学的弗法说：“如果我们在4年内还没有任何发现，那么就到了该提出质疑的时候了。”