从牛顿到爱因斯坦，物理学家们如何捕获宇宙中的“涟漪”？| 活动预告

刚开始从事科研时，我便被引力波深深吸引——它们是时空中的“涟漪”，以光速传播。最初，我的兴趣仅限于理解这一概念，但当我意识到引力波竟然真可能被探测到时，我的好奇心更加强烈了。我决定投身于引力波探测器的设计与建设，并在接下来的几十年里为此努力，直到2015年，终于首次成功探测到引力波。

本文我将给大家介绍引力波探测器LIGO的诞生历程，讲述我和我的学生如何改进它，以及LIGO与其他引力波探测器为何可能在未来彻底颠覆我们对宇宙的认知。

本文作者基普·斯蒂芬·索恩 （Kip Stephen Thorne） 教授，与雷纳·韦斯 （Rainer Weiss） 和巴里·巴里什 （Barry Barish） 教授，因对LIGO探测器的决定性贡献以及引力波的观测，共同荣获2017年诺贝尔物理学奖。

点击直播预约

LIGO的诞生与发展

引力波是空间和时间结构上的“扰动” （见图1） 。当宇宙中发生极端的天文事件，比如两个黑洞碰撞时，它们会在空间中激起“涟漪”，这些波动会以光速传播到宇宙的各个角落。

早在1960年代中期，我就开始研究引力波的理论及其来源。最初，我的目标是理解引力波是如何产生的，以及这一过程如何影响它们的源头。1969年，我的一位同事约瑟夫·韦伯 （Joseph Weber） 宣布他可能探测到了引力波 。尽管几年后明确了韦伯并没有真正探测到引力波，我却陷入了思考：是否有一种方法可以探测到这些波，而且成功的几率很高？如果我们成功了，又能从中获得什么新的宇宙信息呢？

▲引力波。这是一幅艺术化展示图，展示了引力波围绕着两个巨大的、运动的物体（例如黑洞）如同“涟漪”般在太空中传播。

让我最兴奋的是有机会创建一个全新的科学领域——引力波天文学，它将成为未来几十年，甚至几个世纪里探索宇宙的强大工具。我意识到，引力波天文学将为我们打开一扇观察宇宙的全新“窗户”， 通过它，我们或许能够彻底改变对宇宙运行方式的认知。引力波探测的技术的掌握，让我们得以研究许多过去无法触及，或无法充分探索的现象，包括黑洞、超新星的特性，甚至宇宙的起源。

1972年，我的另一位同事雷纳·韦斯 （Rainer Weiss） 提出了一种基于激光测量的新方法来探测引力波 [3] 。起初我对此抱怀疑态度，但经过三年的讨论和研究，我逐渐确信这项技术是可行的；于是，我决定，作为一名理论物理学家，我余下的职业生涯献给协助韦斯和他的实验物理学家同事们，共同取得成功。凭借我们对引力波预期属性的了解，我们估计大约20年后，我们就能填补科技和科学的空白，成功地建立一种有效的探测技术。然而，我们最终用40年时间，才建立了激光干涉引力波天文台 （LIGO） ，并在2015年首次探测到了引力波——但这一切努力都是值得的。

通过引力波探索宇宙奥秘

引力波最令人振奋的地方在于，它们能揭示时空的本质、黑洞的特性与行为，以及那些完全或部分由扭曲时空构成的现象（即“我们宇宙的扭曲面”），甚至是宇宙起源。就我个人而言，最引人入胜的问题之一是：我们宇宙大爆炸的细节究竟如何？以及那些主宰大爆炸的、尚未被完全理解的量子引力法则，究竟是怎样的存在？

量子物理学告诉我们，某些引力波，至少是引力真空波动——来自大爆炸，并携带了关于大爆炸细节的信息。我们很确定，这些原始波动（或波动）在宇宙早期的极速“膨胀”阶段中被大幅放大，产生了足够强的引力波，预计将在未来几十年内通过两种不同类型的方法捕捉到：LISA的后续版本，和宇宙微波的偏振。而这些观测将为揭示大爆炸的细节和量子引力法则发挥重要作用——尽管可能要等到21世纪中叶才能实现。这或许会开启一场我们对宇宙理解的新革命。

最后，我想分享一条我小时候得到的宝贵建议。四岁时，我的祖父告诉我，如果我长大后从事的工作能像玩耍一样，我可能会获得很大成功。如果工作像玩一样，我将全心投入，而这种乐在其中的努力，会带来丰厚的回报。我听从了他的建议，选择了物理学作为我的职业。对我而言，物理学就像玩耍，我从中获得了无尽的乐趣，也取得了一些成就。所以，我想给你们的建议是：尽量找到一份对你有意义、你又热爱的职业。这份热爱将赋予你无穷的力量投入到工作中，最终收获真正的成功。

主讲嘉宾：罗俊

中国科学院院士

主讲嘉宾：陈宇翱

中国科学技术大学教授

活动主题：从牛顿到爱因斯坦

时 间：2025年11月17日（周一）16:00-18:00

地 点：

点击直播预约

嘉宾简介

罗俊

罗俊，中山大学原党委副书记、校长、教授。中国高等教育学会副会长，中国科学院院士，引力物理专家。主要研究领域为引力物理和精密重力测量研究，代表性工作有万有引力常数G的精确测量、牛顿反平方定律和弱等效原理实验检验等静态引力实验，并均取得国际领先的实验结果，其中万有引力常数G值测量结果进入高中教科书。精密重力测量国家重大科技基础设施项目和我国自主的空间引力波探测计划--“天琴计划”首席科学家。

主办：上海市浦东新区南七量子科技交流中心

中国科学技术大学附属中学

协办：中国科学技术大学教育基金会