LIGO 探测器向我们揭示了太空中隐藏过程的哪些内容？

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2015 年 9 月 14 日凌晨，发生了一个成为科学界真正突破的事件：两个黑洞在太空中相撞。它们中的每一个都比太阳重 30 倍，并绕着它的“姐妹”旋转了数百万年。随着每一刻的流逝，它们的轨迹越来越接近，直到最后，它们融合成一个巨大的宇宙物体。

在合并前的几分之一秒，黑洞产生了以光速传播到整个宇宙的振动。数十亿年后，激光干涉仪引力波天文台 (LIGO) 在地球上检测到了这些波动。该信号仅持续了五分之一秒，成为第一个有记录的引力波观测。

引力波是由引力相互作用引起的空间振动。引力是作用在宇宙中任意两个物体之间的吸引力。因此，我们每个人都吸引着地球、月亮、太阳和每一颗星星，而它们反过来又吸引着我们。重力的强度取决于物体的质量和到物体的距离。因此，通过观察引力场的变化，我们可以了解空间物体的运动和相互作用。这些变化称为引力波。

引力波类似于将石头扔进池塘所引起的水面圆圈，从源头发散，逐渐减弱。但这些波的本质是什么？

阿尔伯特·爱因斯坦在他的相对论框架内引入了时空概念——一个四维连续体，其中引力表现为质量存在引起的曲率。因此，时空中的大质量物体会在自身周围产生一个“凹痕”，在这个凹痕中移动的物体会弯曲以跟随其轮廓，就像球沿着曲面滚动一样。

至于引力波，当引起“凹痕”的质量移动时，就会发生引力波。这种运动产生了通过时空传播的波，就像水面上的波浪一样。

如果我们的感官对引力波敏感，我们会如何感受到引力波？想象一下，您被向两侧拉伸，同时您的身体从上到下被压缩，然后反之亦然 - 被上下拉伸，水平压缩。这些身体形状的周期性变化会随着引力波穿过你而及时发生。

然而，实际上，人类的感官无法感知如此微小的变化。这就是为什么科学家们创造了专门的探测器，例如能够探测引力波的 LIGO。这些设备分布在世界各地，形状像字母“L”，并配备了激光来测量“手臂”之间的距离。当引力波穿过探测器时，它会改变其“臂”的长度，并由设备记录下来。

一旦探测器探测到引力波，科学家就能够分析其来源。像 LIGO 这样的设备可以比作巨型太空无线电。我们周围的无线电波是看不见和无形的，需要专门的接收器来感知它们传输的音乐。同样，LIGO 探测引力波，为科学家提供材料来分析和获取有关成为这些波源的物体的数据。因此，研究人员可以确定物体的质量和运动轨迹等参数。

一个有趣的事实是，引力波也可以通过将其信号转换为声波来“听到”，类似于收音机将无线电波转换为音乐的方式。因此，两个黑洞的碰撞可以用声音来表示。科学家将这种声音描述为“叽叽喳喳”——一种逐渐改变频率的哨声，是两个相互旋转的物体相互作用的特征信号。这只是引力波如何告诉我们宇宙中发生的事件的一个例子。还有其他高能天文事件也可以产生引力波，例如超新星爆炸或中子星碰撞。

每当我们创造出探索太空的新工具时，我们都会遇到意想不到的发现，这些发现可能会彻底改变我们对宇宙的理解。LIGO 也不例外。在其相对较短的存在时间内，该探测器已经为我们提供了有价值的信息，例如，黑洞碰撞发生的频率比之前想象的要高得多。无法肯定地说使用这个工具我们还能发现什么，但可以肯定地说这些发现将是令人兴奋的。