苟利军│引力波：带人类倾听星辰大海之声（8）

到底引力波的强度大约有多少？地球上破坏力最强的，现在目前为止我们知道是氢弹。假设有一个历史上破坏力最大的氢弹，五千万吨当量，如果我们能够站在距离它中心一米附近，它所产生的引力波强度大约是10的负27次方。10的负27次方这仅仅是一个数字，如果没有比较，大家很难对这个大小有一个印象。一个原子的大小是10的负10次方米，那这个氢弹所产生的引力波，用个1米长的物体去探测，那这个1米长的物体所产生的变化量对应的是10的负27次方米，这要比一个原子的大小还要小10的负17次方。这就是说，它的效应是非常小的。相比较而言，早上我们赶公交车或者挤地铁，被别人挤一下或者推一下的效应，比氢弹所产生的引力波的效应都要强非常多倍。

既然地球上所产生的效应非常弱，那在宇宙当中有什么样的天体可以产生呢？研究发现，双中子星或者黑洞系统，都可以产生比较强的引力波效应。在某些情况之下，单个中子星也可以产生。以及我们熟悉的超新星爆发，在非常短的时间之内释放出来非常多的能量，这种爆发也可以产生很强的种引力波效应。另外，还有一种叫做原初引力波。为什么一定要加上原初，而不是简单的引力波呢？因为这种引力波产生于最初宇宙大爆炸的那一刻。我们知道，宇宙在刚刚产生的时候，经历了一个大爆炸的过程，所以它当时对时空也造成了非常强的扰动，从而也产生了比较强的引力波。因此，我们称之为原初引力波，区别于后来天体所产生的这些引力波。

三、引力波的探测之路

对于引力波的探测，尽管在1916年爱因斯坦就从理论的角度提出来了，但是之后的探测一直非常困难。在20世纪60年代，美国马里兰大学的韦伯教授做了一系列的实验，当时他试图利用一个叫做共振腔的设备探测引力波。也就是说，如果有引力波经过的时候，这个设备就会产生共振，从而可以相应地探测到信号的存在。

当时韦伯教授说他探测了好几个引力波，但是他的实验结果没办法被别人重复。我们知道，一个科学的结果最终肯定需要被不同的人重复验证。但是，尽管我们现在看来韦伯当时的探测是失败的，但他仍然相当于开创了引力波探测的领域。

在之后的70年代，一个非常偶然的机会，美国麻省大学的两个人，Taylor教授和他的学生Hulse发现了一对脉冲星系统。什么叫做脉冲星？就是说某一颗恒星，有点像灯塔，它在旋转的过程当中，当信号扫到地球的时候我们就可以看到，当离开地球的时候，我们就探测不到，好像隔一段时间就有一个信号，我们称之为脉冲信号。这一类天体通常是中子星。Taylor发现了一类很奇怪的双中子星或者说脉冲双星系统。因为通常的脉冲星系统的周期是非常精确的，但是这个系统的周期在逐渐减小。当时他就想不明白，最后突然来了灵感，说因为这是一个非常致密的脉冲星系统，所以很可能在旋转的过程当中有比较强的引力波产生。他们经过一段时间的观测，同时从理论的角度对他们的观测进行了拟合，发现理论跟观测结果是完美符合的，所以就间接地探测到了引力波。