從牛頓到愛因斯坦，物理學(xué)家們?nèi)绾尾东@宇宙中的“漣漪”？| 活動預(yù)告

剛開始從事科研時，我便被引力波深深吸引——它們是時空中的“漣漪”，以光速傳播。最初，我的興趣僅限于理解這一概念，但當(dāng)我意識到引力波竟然真可能被探測到時，我的好奇心更加強烈了。我決定投身于引力波探測器的設(shè)計與建設(shè)，并在接下來的幾十年里為此努力，直到2015年，終于首次成功探測到引力波。

本文我將給大家介紹引力波探測器LIGO的誕生歷程，講述我和我的學(xué)生如何改進它，以及LIGO與其他引力波探測器為何可能在未來徹底顛覆我們對宇宙的認知。

本文作者基普·斯蒂芬·索恩 （Kip Stephen Thorne） 教授，與雷納·韋斯 （Rainer Weiss） 和巴里·巴里什 （Barry Barish） 教授，因?qū)IGO探測器的決定性貢獻以及引力波的觀測，共同榮獲2017年諾貝爾物理學(xué)獎。

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LIGO的誕生與發(fā)展

引力波是空間和時間結(jié)構(gòu)上的“擾動” （見圖1） 。當(dāng)宇宙中發(fā)生極端的天文事件，比如兩個黑洞碰撞時，它們會在空間中激起“漣漪”，這些波動會以光速傳播到宇宙的各個角落。

早在1960年代中期，我就開始研究引力波的理論及其來源。最初，我的目標(biāo)是理解引力波是如何產(chǎn)生的，以及這一過程如何影響它們的源頭。1969年，我的一位同事約瑟夫·韋伯 （Joseph Weber） 宣布他可能探測到了引力波 。盡管幾年后明確了韋伯并沒有真正探測到引力波，我卻陷入了思考：是否有一種方法可以探測到這些波，而且成功的幾率很高？如果我們成功了，又能從中獲得什么新的宇宙信息呢？

▲引力波。這是一幅藝術(shù)化展示圖，展示了引力波圍繞著兩個巨大的、運動的物體（例如黑洞）如同“漣漪”般在太空中傳播。

讓我最興奮的是有機會創(chuàng)建一個全新的科學(xué)領(lǐng)域——引力波天文學(xué)，它將成為未來幾十年，甚至幾個世紀(jì)里探索宇宙的強大工具。我意識到，引力波天文學(xué)將為我們打開一扇觀察宇宙的全新“窗戶”， 通過它，我們或許能夠徹底改變對宇宙運行方式的認知。引力波探測的技術(shù)的掌握，讓我們得以研究許多過去無法觸及，或無法充分探索的現(xiàn)象，包括黑洞、超新星的特性，甚至宇宙的起源。

1972年，我的另一位同事雷納·韋斯 （Rainer Weiss） 提出了一種基于激光測量的新方法來探測引力波 [3] 。起初我對此抱懷疑態(tài)度，但經(jīng)過三年的討論和研究，我逐漸確信這項技術(shù)是可行的；于是，我決定，作為一名理論物理學(xué)家，我余下的職業(yè)生涯獻給協(xié)助韋斯和他的實驗物理學(xué)家同事們，共同取得成功。憑借我們對引力波預(yù)期屬性的了解，我們估計大約20年后，我們就能填補科技和科學(xué)的空白，成功地建立一種有效的探測技術(shù)。然而，我們最終用40年時間，才建立了激光干涉引力波天文臺 （LIGO） ，并在2015年首次探測到了引力波——但這一切努力都是值得的。

通過引力波探索宇宙奧秘

引力波最令人振奮的地方在于，它們能揭示時空的本質(zhì)、黑洞的特性與行為，以及那些完全或部分由扭曲時空構(gòu)成的現(xiàn)象（即“我們宇宙的扭曲面”），甚至是宇宙起源。就我個人而言，最引人入勝的問題之一是：我們宇宙大爆炸的細節(jié)究竟如何？以及那些主宰大爆炸的、尚未被完全理解的量子引力法則，究竟是怎樣的存在？

量子物理學(xué)告訴我們，某些引力波，至少是引力真空波動——來自大爆炸，并攜帶了關(guān)于大爆炸細節(jié)的信息。我們很確定，這些原始波動（或波動）在宇宙早期的極速“膨脹”階段中被大幅放大，產(chǎn)生了足夠強的引力波，預(yù)計將在未來幾十年內(nèi)通過兩種不同類型的方法捕捉到：LISA的后續(xù)版本，和宇宙微波的偏振。而這些觀測將為揭示大爆炸的細節(jié)和量子引力法則發(fā)揮重要作用——盡管可能要等到21世紀(jì)中葉才能實現(xiàn)。這或許會開啟一場我們對宇宙理解的新革命。

最后，我想分享一條我小時候得到的寶貴建議。四歲時，我的祖父告訴我，如果我長大后從事的工作能像玩耍一樣，我可能會獲得很大成功。如果工作像玩一樣，我將全心投入，而這種樂在其中的努力，會帶來豐厚的回報。我聽從了他的建議，選擇了物理學(xué)作為我的職業(yè)。對我而言，物理學(xué)就像玩耍，我從中獲得了無盡的樂趣，也取得了一些成就。所以，我想給你們的建議是：盡量找到一份對你有意義、你又熱愛的職業(yè)。這份熱愛將賦予你無窮的力量投入到工作中，最終收獲真正的成功。

主講嘉賓：羅俊

中國科學(xué)院院士

主講嘉賓：陳宇翱

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授

活動主題：從牛頓到愛因斯坦

時 間：2025年11月17日（周一）16:00-18:00

地 點：

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嘉賓簡介

羅俊

羅俊，中山大學(xué)原黨委副書記、校長、教授。中國高等教育學(xué)會副會長，中國科學(xué)院院士，引力物理專家。主要研究領(lǐng)域為引力物理和精密重力測量研究，代表性工作有萬有引力常數(shù)G的精確測量、牛頓反平方定律和弱等效原理實驗檢驗等靜態(tài)引力實驗，并均取得國際領(lǐng)先的實驗結(jié)果，其中萬有引力常數(shù)G值測量結(jié)果進入高中教科書。精密重力測量國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目和我國自主的空間引力波探測計劃--“天琴計劃”首席科學(xué)家。

主辦：上海市浦東新區(qū)南七量子科技交流中心

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬中學(xué)

協(xié)辦：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教育基金會