新華社北京２月１５日電　題：聆聽宇宙之聲，中國有何作為？——專家解析中國引力波探測設想

新華社記者　吳晶晶

近日，美國“激光干涉引力波天文臺（ＬＩＧＯ）”第一次直接探測到引力波，證實了愛因斯坦引力理論的最后一項預言，震動世界。引力波探測為人類開啟了宇宙觀測的全新窗口，中國科學家將在其中有何作為？

怎樣才能探測到引力波？

美國麻省理工學院物理系研究員蘇萌介紹，一旦宇宙中某個地方產生了引力波信號，就好比大功率擴音喇叭在宇宙的某個角落喊一嗓子，這種時空的“震蕩”會以引力波的形式在宇宙間幾乎毫無阻力的傳播。如果離地球足夠近，就可以用“引力波天線”接受這些訊號。就像地球上時不時發生地震一樣，只要我們有一個好的“地震儀”就能探測到這些微乎其微的震蕩。

科學家們針對不同頻率的引力波信號源，建造了不同的引力波接收器，大致可以分為三類：

——這次宣布探測到引力波的ＬＩＧＯ科學合作組，目標是幾十到幾千赫茲的高頻段，主要的引力波信號源是中子星、恒星級黑洞等致密天體組成的雙星系統并合過程，探測手段就是地面數公里的激光干涉裝置。

——如果引力波的頻率提升到十萬分之一到一赫茲，對應的信號來源通常為質量更小一些的大質量黑洞并合過程的后期，可通過空間衛星陣列來探測。歐洲空間局的ＬＩＳＡ項目就是以此為目標，計劃２０３５年左右上天開始收集數據，其首顆技術驗證星２０１５年底發射升空。

——第三類接收器針對的是一種更獨特的引力波，它不同于天體運動、演化形成的引力波，而是來自于宇宙早期，產生于宇宙大爆炸時宇宙時空劇烈的暴脹過程中，也就是“原初引力波”信號。它的探測需要對宇宙微波背景輻射進行觀測，一旦被探測到對基礎物理學意義更加重大。

“此次ＬＩＧＯ實驗在它的工作頻段證實引力波的存在，也就是說，引力波在其他廣泛的頻段都應該存在，如果在對應這些引力波頻段的探測上建造領先的實驗裝置，就會在未來的引力波科學大發現上占據先機。”蘇萌說。

中國的引力波探測如何行動？

實際上，早在上世紀７０年代，中國科學家就開始了引力波研究，但由于種種原因停滯了十幾年，造成了人才斷層。直到２００８年，在中科院力學所國家微重力實驗室胡文瑞院士的推動下，中國的引力波研究才再度開啟。

中科院高能物理研究所所長王貽芳院士說，“目前中國的引力波研究主要有兩個方向，一是由中山大學領銜的‘天琴計劃’，是去太空捕捉引力波；二是由中科院高能物理研究所主導的‘阿里實驗計劃’，目標是在地面探測原初引力波。這是兩個完全不同的研究方向和科學目標。”

“阿里實驗計劃”負責人、中科院高能所研究員張新民介紹，原初引力波太微弱，所以要選各種干擾盡量少的區域。目前，科學家在全球共選出了４個最佳觀測點，南半球是南極和智利阿塔卡馬沙漠，而北半球則在格陵蘭島和我國西藏阿里。

據介紹，中科院國家天文臺在阿里建設的觀測站位于阿里地區獅泉河鎮以南約２０公里處，海拔５１００米的山脊。這里海拔高、云量少、水汽低、透明度高，同時具備望遠鏡建設與運行基礎的臺址，提供了北半球最好的觀測臺址。

“阿塔卡馬沙漠和阿里都處于中緯度，掃過的天區面積比高緯度地區要大很多，未來阿里將成為北半球天區第一個地面觀測點，開啟北天區原初引力波觀測的新窗口，與南半球相呼應。”張新民說。

王貽芳表示，由于國內引力波研究基礎薄弱，所以阿里計劃將通過國際合作來實施，引進國際團隊，而我們也參與國際在南美的實驗，以此快速提升我們自己的研究能力。據透露，目前美國哈佛大學、麻省理工學院、芝加哥大學等都表示出積極合作意愿，中美有關方面已經簽署了相關合作協議。

“阿里項目造價小，周期短，可望約５年內出成果。”張新民說。

而“天琴計劃”是去太空聆聽引力波的聲音。蘇萌介紹說，該計劃主要將分四階段實施：第一階段完成月球／衛星激光測距系統、大型激光陀螺儀等天琴計劃地面輔助設施；第二階段完成無拖曳控制、星載激光干涉儀等關鍵技術驗證，以及空間等效原理實驗檢驗；第三階段完成高精度慣性傳感、星間激光測距等關鍵技術驗證，以及全球重力場測量；第四階段完成所有空間引力波探測所需的關鍵技術，發射三顆地球高軌衛星進行引力波探測。

據了解，完成全部四個子計劃，大約需要二十年的時間，投資大約１５０億元人民幣。目前，“天琴計劃”的部分基礎設施建設已經啟動。

尋找引力波有什么意義？

科學家們花費這么大的精力去尋找引力波有什么用？會不會像科幻電影里那樣為我們打開“蟲洞”、開啟時間旅行帶來可能性？

蘇萌說，科學上講，引力波的發現為我們打開了研究宇宙的全新窗口，射電、光學、伽馬射線等電磁波譜研究宇宙都是來自于光子攜帶的信息，引力波攜帶著與電磁波截然不同的信息，將為我們揭示宇宙新的奧秘，比如黑洞與黑洞并合時的物理過程。如果能探測到宇宙大爆炸時發出的原初引力波，那將為我們揭示宇宙誕生之初的奧妙。

那它對普通人的生活會產生什么影響？科學家們表示，一個新的科學發現，總會給人類社會帶來無法預估的發展。百年前電磁波剛被發現的時候，也沒有人知道會給人類帶來什么，但是現在不管是電視機還是移動電話，都與電磁現象有關。

“現在的我們大概不會比一百年前人們剛發現電磁波時候的想象力好太多，引力波到底能多大程度上改變人類的生活，讓一百年后我們的后代去體會吧！”蘇萌說。

ＬＩＧＯ的發現讓我國科學家對中國引力波研究充滿期待。“目前在國際引力波探測領域，中國的影響幾乎為零，希望借此機會更大推動國內引力波研究的發展。”王貽芳說。

張新民認為，中國作為一個大國，這個領域不能是空白。“我們必須抓緊，創新而不是跟蹤，作出我們應有的貢獻。原初引力波仍未測出，國際合作空間依然很大。”

“ＬＩＧＯ的發現證明了引力波的存在，我們可以滿懷信心地去尋找不同波段的引力波，就像不同波段的電磁波譜一樣。如果能夠探測到原初引力波將是下一個引力波領域、宇宙學、高能物理的重大突破。”蘇萌說。