黑洞探测器符合摩尔定律

1965年，工程师和未来的英特尔联合创始人戈登·摩尔敏锐地注意到，微芯片上的晶体管数量在过去几年中呈指数级增长，并预测它们不可阻挡的增长将从此推动计算技术的发展。这项非凡的预测现在被称为“摩尔定律”，并且在很大程度上一直保持至今。

考虑到微芯片制造领域的不断变化和进步，指数级增长的持续趋势似乎简直是奇迹。但事实上，其他各种技术创新领域现在也表现出这种趋势。其中一个我们最感兴趣的，而且到目前为止在很大程度上被忽视的，是一项名为引力波天线的技术的持续发展，该技术用于探测遥远的黑洞。

黑洞形成于当引力非常强大以至于没有任何其他自然力可以阻止物质坍缩时。它们最常诞生于大质量恒星的死亡，这些恒星拥有足够的物质和密度来触发失控的引力坍缩。 这种恒星质量（或更大）的黑洞可以持续非常长的时间——实际上是永远，与任何恒星的寿命相比。正因如此，黑洞在宇宙中非常普遍，据估计仅在我们的银河系中就存在数百万个。

由于这些奇异的物体具有极强的引力，它们会吸引所有接近它们的物质，甚至包括光——因此得名黑洞。虽然这使它们非常有趣，但也使它们难以观测。幸运的是，我们可以通过它们的引力波来研究它们，引力波是黑洞加速时在太空中传播的涟漪。我们可以在地球上使用精密仪器探测到这些波，这些仪器可以辨别由波的通过引起的空间扰动。这些变化几乎难以置信地微小——例如，当典型的宇宙引力波经过时，太阳和地球之间的距离（约 1.5 亿公里！）的变化甚至小于一根头发的厚度。

黑洞加速得越快，它发出的引力波就越强，因此我们就越容易在地球上探测到它们。事实证明，加速黑洞的最佳方法是让它与另一个黑洞碰撞。这些来自宇宙台球游戏的碰撞目前是我们了解黑洞的关键信息来源。

探测黑洞碰撞的技术开发始于 20 世纪 60 年代摩尔做出著名预测的时候。这既不容易也不便宜。虽然探测器随着时间的推移而改进，但花了半个多世纪和超过十亿美元才在 2015 年实现首次实际探测。然而，从那时起，探测器的快速改进带来了新的探测——新的发现——以不断增长的速度出现，到今天为止，已报告了约 100 次已确认的黑洞碰撞。

正如摩尔使用微芯片中晶体管的数量来量化技术进步一样，我们建议使用探测到的碰撞率来量化黑洞探测器的进步。使用这个指标，我们研究了最灵敏的黑洞探测器——激光干涉引力波天文台 (LIGO) 及其计划中的升级版“宇宙探测器”的结果，所有这些都是为了量化过去的性能并预测未来的改进。我们通过每年观测到的实际或预期碰撞次数来衡量性能，从 2000 年开始，一直延伸到 2040 年之后。

我们发现，技术进步的速度可以非常出色地描述为指数级增长，从 2015 年的首次发现开始，并向未来延伸约二十年。探测率大约每两年翻一番。而且，如果“宇宙探测器”或其同等设备真的建成并投入运行，这种趋势将在相当长一段时间内持续下去。摩尔定律显然也适用于黑洞探测器。

改进和运行黑洞探测器需要持续的投资——过去四分之一个世纪以来，这一要求基本上得到了满足。值得注意的是，探测器速率的指数级提高并没有伴随年度成本的大幅增加。这也意味着探测变得非常便宜——摩尔定律的另一个关键方面，它不仅预测微芯片上晶体管的密度呈指数级增长，而且预测这种增长是以最小的成本增加实现的。虽然在 2015 年首次发现时，找到黑洞碰撞的有效成本约为 200 万美元，但到 2035 年左右，这样的探测成本应该低于 2,000 美元。

正如自摩尔预测以来，微芯片的改进几乎改变了我们生活的方方面面一样，黑洞探测的快速进步也可能改变我们理解宇宙的方式。从对引力本质或恒星生死的突破性见解，到一瞥宇宙的最终命运，这个通往宇宙的新的且不断扩大的窗口无疑将改变我们许多天文方面的信念。

虽然新发现的重要性难以量化，但衡量黑洞碰撞在科学领域重要性的一个指标可以是直接参与黑洞探测器的科学家数量。查看 LIGO 探测器团队（以及合作的黑洞探测器 Virgo 和 KAGRA）科学出版物的作者数量，我们发现 2004 年至 2024 年间增加了五倍。

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虽然微芯片和黑洞探测器依赖于截然不同的技术，但它们随着时间推移的相似指数级改进可能暗示了更普遍的技术趋势和人类进步的本质。例如，虽然没有人打算为黑洞探测器的灵敏度设定固定的指数级增长率，但除非结果明显优于已有的水平，否则可能很难证明为技术改进提供资金是合理的。

如果指数级增长确实是一种更普遍的技术趋势，那么它可能会带来超出我们现在手中设备所包含的益处。为技术的未来状态设定期望可以极大地帮助实现它所需的规划，就像微芯片和计算领域一次又一次所做的那样。也许，正如指数级技术进步彻底改变了计算，现在又转变了引力波天文学一样，在未来几年，我们将看到类似的巨大进步在其他领域展开，例如生物技术和通信。认识到这些强大趋势的希望和危险可能是为我们勇敢的新未来做好准备的关键，无论它可能是怎样的。

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