国际 LIGO 合作组织昨天宣布，于 2015 年 9 月 14 日直接探测到引力辐射，这开启了探索宇宙和寻找支配宇宙的物理定律的新阶段。当然，测量的细节必须并将受到应有的严格审查——这是科学的方式——但显示的数据似乎非常有说服力。
这份报告代表了多方面的胜利。这是对包括阿尔伯特·爱因斯坦在内的一长串理论物理学家的奖励，他们从一百年前的今年开始，逐渐弄清楚如何表示、计算和寻找这些引力波的可观测特性。这也是对光学、激光、信号处理等领域的实验和计算物理学家和工程师组成的庞大队伍的致敬，他们为这项探索努力了三十多年，逐步磨练他们的技术，以便能够测量小于质子直径千分之一的距离，并在地震、热和激光噪声的严酷背景中检测到真实信号。这也是对世界各地政府机构的证明，尤其是资金拮据的美国国家科学基金会，他们对一项未经证实的技术保持信心，面对怀疑和来自更安全的科学的激烈竞争。
LIGO 合作组织将他们的仪器探测到的信号归因于距地球超过十亿光年的两个先前存在的黑洞的合并。每个黑洞的质量都大约是太阳的三十倍，在合并之前，它们彼此绕轨道运行得越来越快，距离越来越近。这场可怕的舞蹈以一个剧烈摇晃和旋转的时空区域的形成为结束，该区域迅速坍缩、耗尽，形成一个静止的黑洞——比合并前的总质量轻三个太阳质量。其余的则转化为能量，由引力波带走。这就是宏大规模的 E=mc2！
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在今天之前，大多数物理学家都在谈论探测一对合并的中子星。这些双星物体可以在合并之前很久就被观测为射电脉冲星，并且它们的轨道已经被测量到以广义相对论理论预测的速度收缩，精度优于千分之一。我们对这种情况可能发生的频率有相对较好的理解，并且预计 LIGO 可能需要一年的运行才能看到它们，因为它的灵敏度逐渐提高。相比之下，对于黑洞合并率的看法差异很大。我们现在怀疑乐观主义者是对的！现在要知道这些双星的来源还为时过早。它们可能是在星系核或球状星团中形成的。它们甚至可能是宇宙中最古老恒星的最后遗迹，形成于星系彼此之间的距离是今天的十分之一的时候。
探测双黑洞的一个额外好处是，它们在合并时发出的引力波频率与 LIGO 的能力非常匹配。它们也是纯粹的引力结合，不受中子星内部核物质混乱行为的影响。我们可以准确计算出应该从黑洞合并中观察到什么，并使用观测结果来检验这种对经典广义相对论最强有力的应用。那些希望将爱因斯坦的相对论付诸东流的人应该对这一观测结果感到特别高兴。
接下来会发生什么？高级 LIGO 仍需达到其完全设计灵敏度，这将使其能够以比今天高三十倍的速度找到新的来源。具有完全灵敏度的 LIGO 运行五年可以进行详细程度高一百倍的测量。相反，我们也应该能够看到宇宙距离之外的来源，甚至可能确定爱因斯坦的宇宙学常数是否是我们解释加速宇宙所需要的全部。
中子星双星被认为与伽马射线暴有关，并且这一假设很可能很快得到检验。更普遍的是，现在可以搜索与引力波事件相关的电磁信号，从无线电波长到伽马射线能量，以及搜索相关的微中微子爆发。正如 1995 年第一个系外行星宣布后发生的那样，我们可能会迎来一连串的惊喜。也许黑洞双星，与预期相反，将被电磁探测到！
类似 LIGO 的干涉仪已经在欧洲和日本开始运行，我们希望也能在印度和南半球启动。结合这些设施可以提高灵敏度，并应能够准确定位来源。这些设施的完成和升级肯定会得到高度优先考虑。
还有其他三种探测引力辐射的方法正在研究中。周期在分钟范围内的波应该可以通过一个名为 LISA 的拟议天基干涉仪看到。一个重要的可行性测试——LISA 探路者——目前正在太空中演示关键技术，而比最初提出的任务更简单但灵敏度更低的实现方案（该任务已推迟到 2030 年代）正在研究中。
周期约为年的波，预计来自星系核中的大质量黑洞双星，正在使用国际脉冲星计时阵列进行搜索，并且已经设定了这些来源的组合信号的重要限制。第三，使用新一代射电望远镜，将在著名的微波背景“B 模式”中寻找来自暴胀时期的、周期为一百亿年的波的证据。今天宣布的消息可能会推动所有这些方法。
那么，祝贺 LIGO 团队——现在有一千人——并祝愿他们在美好的发现基础上再接再厉，这体现了一些有价值的真理：宇宙仍然可以用意想不到的发现给我们带来惊喜和快乐，大型科学的未来是国际化的，科学的胆识，当与技能和耐心相结合时，可以获得回报。