引力波是如何在LIGO實驗室中被捕捉到的

本站科技訊 2月12日消息，引力波是以光速傳播的神秘宇宙漣漪。無數實驗圍繞這個愛因斯坦百年假說展開，其中激光干涉引力波觀測站（LIGO）最終檢測到了真實存在的引力波。那麼，LIGO是如何獲取到實驗結果以及該結果是否真實可靠呢？

引力波是由巨型天體的運動所產生，例如一些緻密天體：中子星或者黑洞的碰撞融合。儘管這些天體運動所產生的效應是災難性的，但是到目前爲止它們對地球及人類生活空間的影響是微乎其微的。

因此，科學家們爲了捕捉並研究到這微弱的波動，建造了一些極度敏感的巨大光學設備，名爲“激光干涉”。激光干涉引力波觀測站，即LIGO，是由從全球86個研究所來的1000餘名專家成員組成，一同分析研究這些精密儀器所探測到的數據。

建造LIGO需要兩束激光，一些鏡子和一個探測器。激光在穿過半透鏡後會向兩個垂直方向傳播，隨後碰到反射鏡反射回來並重新匯聚。因此兩束激光在穿過精確計算安裝的反射鏡和半透鏡後，會匯聚在一起並由於干涉效應而相互抵消。當有引力波穿過時，一個方向的空間便會被拉伸，而與之成一定角度的另一個方向則會被壓縮，這會導致鏡子發生細微角度的旋轉，致使一些鏡子間的距離變小，而另一些變大。鏡子間距離的改變正是由於引力波經過後，鏡子間空間的延伸和壓縮所導致的。

這好比是池塘中的水波。將漂浮物放置在水面上，當有波浪經過，物體便會在水面上忽沉忽浮。LIGO安置的鏡子就如漂浮在引力波中的懸浮物，不過情況要更復雜一些。通過在干涉臂之間往返的激光，探測儀會將鏡子間距離的輕微變化記錄下來。爲了排除一些干擾因素，減少不確定性的誤差，LIGO在美國華盛頓州利文斯頓和新澤西州漢福德同時分別安置了兩部完全相同的儀器。

那麼實驗是怎樣實施的呢？最關鍵的一部是要“鎖定”干涉儀，意思是說，要將鏡子之間的距離控制在激光剛好可以在鏡子表面產生干涉效應。在1997年，這項任務需要科學家們手動完成，而現在一切都是計算機操作控制。由於鏡子的位置和角度會由於溫度變化，機器硬件鬆弛甚至是月球移動而改變，因此對鏡子進行調整是每天的工作。科學家和工程師也會定期到現場檢查探測儀的情況以及外界物理環境，以防止這些因素導致測量數據的不準確，以減少誤差。

LIGO在科技方面獲得了開創性的突破和成就，尤其是在探測儀方面。每一個探測臂長爲4公里，根據地球曲率校正設計建成。探測儀必須要能夠不受地表震動的干擾，還要置於真空中，以減少大氣和污染物對激光運行的干擾。兩臺探測儀必須數月不間斷的紀錄結果並且不遺漏任何一個小數據。如果一部探測儀能夠分佈在幾公里內記錄數據，本身就是十分具有開創性的，更何況是要達到精準、無遺漏。LIGO是人類物理工程史上的一個奇蹟，其引力波的發現爲人類太空研究史樹立了一座里程碑。（秦昕）