强行科普：如何用抖森霉霉恋解释引力波大事件

众所周知，今天发生了两个非常非常劲爆的大新闻。对，你们肯定也听说了，一方面LIGO的科学家们宣布又一次观测到了引力波（此处应有掌声）！另一方面，泰勒·斯威夫特（霉霉）和汤姆·希德勒斯顿（抖森）在一起了！简直令人兴奋得嗷嗷叫。

“又发现引力波啦！”“嗷！！”“泰抖恋爱啦！”“嗷！！！”图片来源：zootopia

什么，你说一件事情虽然震惊很好理解，另一件事情就弄不清楚了？

嘛，其实如果你已经了解了“泰抖恋”，那么引力波这一桩，其实也是挺好理解的啦：简单点说，它们都是“两个巨星”“在一起”“被发现了”嘛。

择日不如撞日，今天就拿这抖森和霉霉这件事，用Q&A的形式简单说说引力波吧。

快讲，我要听！。图片来源：tinypic.com

Q：内个，什么是引力波？

A：有质量的物体——无论你是霉霉、抖森，还是太阳、黑洞——都会使周围的时空发生扭曲，就像你站在蹦床上会使蹦床向下凹陷一样。物体的质量越大，时空就扭曲得越厉害。

正如站上蹦床的霉霉让蹦床扭曲，有质量的物体也会扭曲它周围的时空。图片来源：instagram

当质量非常非常大的东西，比如两个黑洞，引起的时空扭曲也大得惊人。就像霉霉和抖森热舞时内心泛起涟漪一般，如果两个黑洞快速相互绕转，它们周围的时空就会形成“涟漪”。这些时空的曲率变化会像波一样向外传播，也就是所谓的引力波。

“时空的涟漪”。图片来源：wolfram.com

Q：那引力波要怎么检测呢？

A：这个问题让科学家们犯难了一百年了。理论上，引力波通过地球的时候会能拉伸和压缩地球——就好像抖森和霉霉相恋的消息挤压着你们的小心脏一样。但由于这个扭曲幅度非常非常非常小，对于从极遥远地方传来的引力波，我们全无知觉。

抖森和霉霉相恋的消息让围观群众的心也泛起了涟漪。

理论上，引力波经过地球时会对地球进行挤压拉伸，但像图片中的状态是极度夸张后的示意图。事实上，这样的变形非常非常微小，但利用地球上的两台LIGO（红点所示），我们可以将引力波带来的变化探测到。图片来源：World Science Festival

还好，这样微小的差异，也能被美国的两台精密仪器——LIGO所探测。在罗德岛，记者能拍下令人讶异的约会照片，而在路易斯安那州的列文斯顿和华盛顿州的汉福德，科学家能倾听来自宇宙深处的声音。

LIGO的工作原理示意图。原本一束激光在经过一个半透镜后，朝向两个互相垂直的方向前进，通过反射镜反射回来并重新汇聚。按照设计，汇聚后的激光会因为干涉而相互抵消。但在引力波经过时，反射镜与半透镜的距离会被改变，从而测量到引力波。图片来源：media.giphy.com

Q：这次他们发现的引力波来自哪里？

A：来自14亿光年外的两个黑洞的并合。霉霉和抖森在娱乐圈算是当红巨星了吧，但跟这俩比起来，“重量级”直接可以忽略。这次发生并合的双黑洞，一个有14.2倍太阳质量，一个有7.5倍太阳质量。去年12月26日，它们产生的引力波传到地球，就是今天宣布探测到的引力波事件GW151226。知道这个消息的科学家们直接连圣诞节都不过了赶去检验，这项工作必须特别小心谨慎，于是他们马不停蹄分析数据，还是检验了小半年才公布结果。

这次的双黑洞并合过程示意图。图片来源：LIGO/T.Pyle

它们邂逅，靠近，最终转到了一起——比长腿“泰抖”那种“在一起”可彻底多了：两个黑洞在短短一秒内相互绕转了55圈，将相当于一个太阳的质量转化成能量以引力波的形式被释放出去，最终并合成了一个有20.8倍太阳质量的黑洞……这个并合后的大家伙，还已经比之前那次观测到的双黑洞都轻了很多了。

两个黑洞的最后一秒。图片来源：ligo.org

Q：之前那次？

A：对啊，去年9月科学家就第一次探测到过引力波，代号GW150914，是29倍太阳质量的黑洞和36倍太阳质量的黑洞并合发出的。那一次的数据也经过了重重考验才在今年2月被公布。

现在，科学家们总共已发现了两起确定的引力波事件（GW150914和GW151226）和一次疑似引力波事件（LVT151012）它们的质量如图所示。图片来源：LIGO

就像早在今年5月就有人拍到抖森和霉霉翩翩起舞，人们震惊倒是都震惊了，但也有人觉得那次事件只不过是偶然。不过，这次的引力波信号也通过了物理领域黄金标准的检验，科学家也终于在今天凌晨公布了结果。“引力波存在”这件事，就如同“泰抖恋”一样证据确凿了。

Q：那这次发现对我们有什么影响呢？

A：呃，你说的是哪个发现？ 霉霉的恋爱翻开新的篇章大概能帮她开拓出一种前所未见的音乐风格，比如下张专辑可能会有英伦风的乡村歌曲。

至于这次的引力波嘛，翻开的则是理解宇宙的新篇章。按LIGO科学合作组织成员胡一鸣的说法：“在天文学里面，一次探测是发现，两次探测可以谈统计，三次探测就可以谈分布了。虽然略微夸张，但是通过GW151226的发现，标志着LIGO从探测器真正向着天文台的蜕变。”这样的蜕变，将帮助我们——地球人——更好地理解引力的本质，并利用引力波这种崭新的工具去探索尚未被理解的宇宙奥秘。

Q：未来会怎么样？

A：一切皆有可能。今年秋天，LIGO会进行第二次观测运行；年底，意大利卡思契纳的Virgo强势加入联合观测；明年，高新LIGO（aLIGO）还将完成全面升级。在这些改变的支持下，没有人知道科学家将观测到什么令人惊喜的结果。随着“引力波天文学”的发展，人类对恒星演化、黑洞形成乃至宇宙运行的理解将变得更深。在未来，我们看待和利用这个宇宙的方式可能会和之前完全不同。

想起来就开心呀！图片来源：tumblr.com

PS：说了那么多，还是觉得霉霉对你更加吸引？嘛，这也无可厚非啦，毕竟，跟你和有着巨大质量，却远在14亿光年的双黑洞相比，就在地球上的霉霉和你之间的万有引力还是更大些。

（编辑：Ent，Steed）