k北京时间2月11日23点30分，物理学家宣布人类首次直接探测到引力波！于是大家的微博忽然就被这条消息刷屏了。

然而，引力波……究竟是个啥？为啥探测到这玩意这么重要？

什么是引力波？

这事说来话长，我们先来回顾一下这样一个物理学的小常识：

根据爱因斯坦的广义相对论，物体在空间内会引起空间的扭曲，扭曲的程度由物体的质量所决定。而引力正是由这种扭曲所产生的。

爱因斯坦关于引力波的公式

听上去莫名不知觉厉，让我们把这句话形象一点好了

图片来源：apbiolghs/youtube.com

如果我们在一个薄膜上放置一个小球，那么小球就会引起薄膜的变形，恰如物体引起空间扭曲；放置的小球越重，引起的变形就越大；两个小球同时置于空间内时，他们质量引起的变形会促使他们走到一起，恰如引力。

天体的运动就是由这个规则所支配的，自从物理学撕逼达人牛顿（以后我会单独写个文扒一下这位牛人的撕逼事迹）提出牛顿三定律之后，宇宙中所有的天体运动都完美的遵循着这一定律。然而人们对这一规律背后更深层次的东西却还一无所知：天体为什么会遵循这一定律？质量越大的物体为什么产生的引力就更大？直到爱因斯坦提出了广义相对论之后，这些问题才得到了解释。根据我们上面图中的模型，地球绕着太阳转可以这么理解：

图片来源：apbiolghs/youtube.com

怎么观测引力波？

然而爱因斯坦的理论仅仅是一种猜想，虽然在20世纪里他的理论被证明几乎全是正确的，但是关于有质量物体引起空间扭曲这事却迟迟没有得到证实。后来科学家们好好的开了一下脑洞：假如爱因斯坦真的是对的，那么正如小球在运动过程中会令薄膜产生有规的波纹一样，天体的运动也会让周围的空间产生规则的波对不对？我们虽然没法观测到时空的扭曲，但是观测到这种波，不也就相当于间接验证了这个理论了嘛。

这个思路靠谱不？

太不靠谱了。

我们知道，目前人类提出的宇宙四大基本力分别是强相互作用力、弱相互作用力、电磁力和引力。强相互作用力和弱相互作用力主要用于保持组成我们的分子啊原子啊什么的完整性，或者制造个核爆什么的，我们日常生活里一般用不上；而电磁力是我们平时接触最多的一种力，如果我们把电磁力的强度视为1的话，那么强相互作用力的强度大概是100，弱相互作用力的强度大概是0.001，而引力的强度是……

0.0000000000000000000000000000000000001

即10^-37！这比我们站地球上用望远镜找到天王星表面的一个蚊子还要难上无数倍！

然而再难找也要找不是？不然怎么骗取科研经费……咳咳，我是说，推动人类进步。科学家们绞尽脑汁，想了几个办法：

1.尽可能寻找大质量的观测对象

质量越大的观测对象，对空间造成的扭曲就越大，引力波也就越明显。这次观测到的引力波就是由两个黑洞合并所产生的。这两个黑洞的质量相当于几十个太阳，在距离地球13亿光年的地方相互碰撞并融为一体，其中有大概三个太阳的质量瞬间泯灭，从而传递出天文数字级别的引力波，才得以被我们观测到。瞬间泯灭的能量有多大呢？这么说吧，如果这些能量都被转化成可见光的话，那么我们现在在地球上能看到的所有天体发出的光加在一起都没有它亮！

2.尽可能建造灵(ang)敏(gui)的观测设施

我们前文曾说过，引力波是空间扭曲所传递出来的波，那么自然，它也能够引起空间的扭曲，尽管这种扭曲非常之小，但是科学家们想了想……我们可以把观测设施做的大一点啊！

这次发现引力波的LIGO

这张图就是此次发现引力波的功臣，LIGO设施。这货在上世纪90年代上马，在20世纪又升了次级。号称可以测量在60Hz以上，10kHz以下的引力波，位移变灵敏度达到10^-21。你可以理解为从地球上测量太阳上的一个点，这个点即使移动了头发丝十万分之一的距离，它也测得出！为了达到这样灵敏的观测精度，激光需要在两根管子中走过4KM的距离，交叉打到一个点上，如果有引力波引起时空扭曲，那么就会令这两束激光在这个点上制造一个小小的“涟漪”，从而实现观测。

3.尽可能排(ji)除(xu)误(hua)差(qian)

如上的一个观测站都是数以亿美金建起来的，然而科学家们研究了一下发现这样还不够——引力波实在太微弱了，周围一点点的扰动都可能造成误报。比如说，三胖家在地下种了个蘑菇，就可能造成一次误报；旁边过个火车，也可能造成误报……这该怎么办呢？

好办！多造几个，消除误差！美国科学家在相距数千公里的地方建立了3个观测站，只有3个观测站都得出相同的结果，才能确认探测有效！未来可能还在全球建立一系列的观测站，联合观测。

经过一番折腾，这个烧钱的大家伙终于准备的差不多了。于是在2015年9月份，LIGO开始了一次工程试运行，没想到，有些事情不能随便试的，没开始几天就发现了一个置信度超高的引力波信号。在场的所有物理学家一瞬间就疯掉了，这就像你本来只是鼓起勇气向心中的女神搭个讪，没想到女神直接给了你她家钥匙约你今晚去她家嘿嘿嘿。

明显的不能再明显的引力波信号

美国当地时间2月11日上午10点30分（北京时间2月11日23点30分），美国国家科学基金会（NSF）召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布：人类首次直接探测到了引力波！

现场乐疯了的科学家们

观测到引力波有什么意义？

如果是直接意义，那么我可以告诉你很多，比如对引力波的观测为广义相对论拼上了最后一块拼图；人类首次直接观测到黑洞的存在；宇宙大爆炸及暴涨理论得到验证；人类对宇宙的认知又大大的前进了一步……等等

然而我想说的并不是这些。

13亿年前，地球上还只有一些蓝藻在努力的制造后代，而与地球相距13亿光年的地方，两个黑洞碰撞、爆炸、合并，向周围的空间释放出天文数字的能量，在13亿年后，这些能量终于到达了地球，被人类所观测到，整个地球都为这件事欢呼雀跃，而在进化的版图上，他们只走过了短短的几百万年。

当这些人观测到这次引力波时，无数的人正在华尔街里狂呼呐喊，无数的人正在中东厮杀，天安门前整齐的步伐踏过长安街，北美的汽车川行而过，永无休止。这些人在整个世界的喧嚣声中，静静的聆听着来自十三亿光年外的声音，只为一丝微小的颤动。我想起发布会上科学家们说的一句话：

这就是科学，我们不挑容易的事做。

向这些不懈推动人类文明进步的人们致敬。