從牛頓到愛因斯坦，物理學家們如何捕獲宇宙中的“漣漪”？| 活動預告

剛開始從事科研時，我便被引力波深深吸引——它們是時空中的“漣漪”，以光速傳播。最初，我的興趣僅限于理解這一概念，但當我意識到引力波竟然真可能被探測到時，我的好奇心更加強烈了。我決定投身于引力波探測器的設計與建設，并在接下來的幾十年里為此努力，直到2015年，終于首次成功探測到引力波。

本文我將給大家介紹引力波探測器LIGO的誕生歷程，講述我和我的學生如何改進它，以及LIGO與其他引力波探測器為何可能在未來徹底顛覆我們對宇宙的認知。

本文作者基普·斯蒂芬·索恩 （Kip Stephen Thorne） 教授，與雷納·韋斯 （Rainer Weiss） 和巴里·巴里什 （Barry Barish） 教授，因對LIGO探測器的決定性貢獻以及引力波的觀測，共同榮獲2017年諾貝爾物理學獎。

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LIGO的誕生與發展

引力波是空間和時間結構上的“擾動” （見圖1） 。當宇宙中發生極端的天文事件，比如兩個黑洞碰撞時，它們會在空間中激起“漣漪”，這些波動會以光速傳播到宇宙的各個角落。

早在1960年代中期，我就開始研究引力波的理論及其來源。最初，我的目標是理解引力波是如何產生的，以及這一過程如何影響它們的源頭。1969年，我的一位同事約瑟夫·韋伯 （Joseph Weber） 宣布他可能探測到了引力波 。盡管幾年后明確了韋伯并沒有真正探測到引力波，我卻陷入了思考：是否有一種方法可以探測到這些波，而且成功的幾率很高？如果我們成功了，又能從中獲得什么新的宇宙信息呢？

▲引力波。這是一幅藝術化展示圖，展示了引力波圍繞著兩個巨大的、運動的物體（例如黑洞）如同“漣漪”般在太空中傳播。

讓我最興奮的是有機會創建一個全新的科學領域——引力波天文學，它將成為未來幾十年，甚至幾個世紀里探索宇宙的強大工具。我意識到，引力波天文學將為我們打開一扇觀察宇宙的全新“窗戶”， 通過它，我們或許能夠徹底改變對宇宙運行方式的認知。引力波探測的技術的掌握，讓我們得以研究許多過去無法觸及，或無法充分探索的現象，包括黑洞、超新星的特性，甚至宇宙的起源。

1972年，我的另一位同事雷納·韋斯 （Rainer Weiss） 提出了一種基于激光測量的新方法來探測引力波 [3] 。起初我對此抱懷疑態度，但經過三年的討論和研究，我逐漸確信這項技術是可行的；于是，我決定，作為一名理論物理學家，我余下的職業生涯獻給協助韋斯和他的實驗物理學家同事們，共同取得成功。憑借我們對引力波預期屬性的了解，我們估計大約20年后，我們就能填補科技和科學的空白，成功地建立一種有效的探測技術。然而，我們最終用40年時間，才建立了激光干涉引力波天文臺 （LIGO） ，并在2015年首次探測到了引力波——但這一切努力都是值得的。

通過引力波探索宇宙奧秘

引力波最令人振奮的地方在于，它們能揭示時空的本質、黑洞的特性與行為，以及那些完全或部分由扭曲時空構成的現象（即“我們宇宙的扭曲面”），甚至是宇宙起源。就我個人而言，最引人入勝的問題之一是：我們宇宙大爆炸的細節究竟如何？以及那些主宰大爆炸的、尚未被完全理解的量子引力法則，究竟是怎樣的存在？

量子物理學告訴我們，某些引力波，至少是引力真空波動——來自大爆炸，并攜帶了關于大爆炸細節的信息。我們很確定，這些原始波動（或波動）在宇宙早期的極速“膨脹”階段中被大幅放大，產生了足夠強的引力波，預計將在未來幾十年內通過兩種不同類型的方法捕捉到：LISA的后續版本，和宇宙微波的偏振。而這些觀測將為揭示大爆炸的細節和量子引力法則發揮重要作用——盡管可能要等到21世紀中葉才能實現。這或許會開啟一場我們對宇宙理解的新革命。

最后，我想分享一條我小時候得到的寶貴建議。四歲時，我的祖父告訴我，如果我長大后從事的工作能像玩耍一樣，我可能會獲得很大成功。如果工作像玩一樣，我將全心投入，而這種樂在其中的努力，會帶來豐厚的回報。我聽從了他的建議，選擇了物理學作為我的職業。對我而言，物理學就像玩耍，我從中獲得了無盡的樂趣，也取得了一些成就。所以，我想給你們的建議是：盡量找到一份對你有意義、你又熱愛的職業。這份熱愛將賦予你無窮的力量投入到工作中，最終收獲真正的成功。

主講嘉賓：羅俊

中國科學院院士

主講嘉賓：陳宇翱

中國科學技術大學教授

活動主題：從牛頓到愛因斯坦

時 間：2025年11月17日（周一）16:00-18:00

地 點：

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嘉賓簡介

羅俊

羅俊，中山大學原黨委副書記、校長、教授。中國高等教育學會副會長，中國科學院院士，引力物理專家。主要研究領域為引力物理和精密重力測量研究，代表性工作有萬有引力常數G的精確測量、牛頓反平方定律和弱等效原理實驗檢驗等靜態引力實驗，并均取得國際領先的實驗結果，其中萬有引力常數G值測量結果進入高中教科書。精密重力測量國家重大科技基礎設施項目和我國自主的空間引力波探測計劃--“天琴計劃”首席科學家。

主辦：上海市浦東新區南七量子科技交流中心

中國科學技術大學附屬中學

協辦：中國科學技術大學教育基金會