本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
在日本，到处都可以找到储物柜，所以我自然而然地认为在东京的广尾站也会有储物柜。当发现那里没有任何储物柜时，我感到有些震惊。它们的缺失不仅意味着我必须冒雨拖着我的行李箱，而且这似乎是一个不祥的预兆，因为我正前往一个会议，讨论一项耗资数亿美元的尝试，以探测物理学家确信一定存在但尚未发现的东西。
一百年前，阿尔伯特·爱因斯坦预测，空间的结构应该会荡漾着波浪。他所描绘的宇宙就像一张紧绷的橡皮布，巨大的物体在上面形成弯曲的凹痕。重力是这些曲线的结果，迫使较轻的物体向更深嵌入的较重物体移动。随着物体的移动，橡皮布会弯曲以反映它们的新位置，从而在时空中产生向外传播的引力波。这些波是对宇宙最秘密事件的探测，从坍缩的恒星内部到黑洞……或者，如果我们能够探测到它们的话。
可以想象到的最强的引力波源之一是两个黑洞的合并。然而，即使是这种罕见的事件，也只会使时空扭曲到足以在短时间内改变地球和太阳之间的距离，其宽度仅相当于一个氢原子。委婉地说，这使得探测成为一项严峻的挑战。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
实现必要灵敏度的最佳希望之一是光。在一种称为干涉测量的技术中，激光束被分成两束，将两束光波发送到几公里长的垂直隧道中。光波从镜子反射回来，回到同一位置并重新组合。新组合光束的强度取决于两束光波中波峰和波谷的对齐方式（或相位）。这使得它对每束光波在重新组合之前传播的距离非常敏感。
对于引力波探测，隧道的长度确保了一束波的波峰与第二束波的波谷相遇。这被称为相消干涉，它完全消除了组合波的光。但是，当引力波经过时，它会扭曲隧道的长度，从而改变每束波传播的距离。两束光波的波峰和波谷不再完全对齐；光束不再相互抵消，从而产生信号。
这项技术是美国探测器 LIGO 背后的原理。在 2005 年至 2010 年间运行的 3.5 年中，LIGO 没有看到任何引力波。然而，它的灵敏度只足以探测到最强的波源，而这些波源在我们银河系中是罕见的。在爱因斯坦做出预测一个世纪后，LIGO 进行了升级（现在称为高级 LIGO），日本正在开设一个新的探测器。现在是开始行动的时候了。
神冈引力波探测器 (KAGRA) 埋藏在日本岐阜县的池之山下 200 米处，即将首次打开激光器。在 2015 年诺贝尔物理学奖获得者梶田隆章的领导下，KAGRA 的灵敏度应该可以探测到 7 亿光年之外的引力波，比上一代探测器远十倍。它的主要目标将是双中子星；非常密集的恒星尸体，它们在围绕彼此运行的轨道衰减时，以引力波的形式释放能量。它的巨大范围意味着它不受限于仅在我们自己的银河系中发生的事件，因此 KAGRA 每年应该可以探测到多个引力波事件。
KAGRA 的地下位置最大限度地减少了来自不断震动的日本的地震噪声。周围的片麻岩以其硬度而闻名，使山脉像一个单一的整体一样，具有抗震性。KAGRA 的第二个新特点是低温冷却，使系统降至零下 253° 摄氏度（20 开尔文）的寒冷温度，以抑制任何热振动。
如此大规模的干涉仪是日本的一项新尝试，在 2018 年全面运行之前，接下来的两年将用于测试。虽然积极的探测将是一项不可思议的成就，但单个探测器无法确定引力波的来源。为此，KAGRA 将与高级 LIGO 和欧洲的另外两个探测器一起形成全球网络。
但是，如果 KAGRA 什么都没看到呢？就像火车站的储物柜一样，引力波可能会是预期的但不存在的吗？这可能是最令人兴奋的结果，因为它将暗示新的物理学。虽然引力波根本不存在的可能性不大，但它们的强度、频率或波形可能与预测的不同。或者，产生强引力波的事件可能没有我们想象的那么充满能量。
最后一个提示：Twitter 上流传着一个谣言，说高级 LIGO 看到了一些信号。LIGO 团队尚未证实这一点，即使真的有信号，也可能是插入探测器中的人工信号，以确保数据分析管道正常工作。
无论如何，我们正在进入引力波搜索的新时代，这将为我们提供对宇宙的新视角。