重力波

重力波在英文中是gravitational wave，台灣學界稱之為重力波，英文中有時也寫作gravity wave；但在更多場合，gravily wave是留給地球科學與流體力學中另一種性質迥異的波動。

關於萬有引力的本質，牛頓認為是一種即時超距作用，不需要傳遞的“信使”。愛因斯坦則認為是一種跟電磁波一樣的波動，叫做引力波。引力波是時空曲率的擾動以行進波的形式向外傳遞。引力輻射是另外一種稱呼，主要指的是這些波從星體或星係中輻射出來的現象。電荷被加速時會發出電磁輻射，同樣有質量的物體被加速時就容易發出引力輻射，這是廣義相對論的一項重要預言。

目前，激光幹涉重力波觀測台(L)GO)的物理學家正在努力搜索地球受一星際旅行者擠壓的信號。存在於地球周圍的重力波受到影響時，引起時空結構扭曲，從而使重力波表現出異常的拉伸和擠壓現象。參加美國科學促進會年會的科學家介紹了利用L)Go的初步研究結果：目前仍然沒有觀測到任何有關重力波的信號存在。

美國華盛頓和路易斯安那的價值3．65億美元的兩個觀測台通過長達4千米的束管發射激光，以便於探測在愛因斯坦的廣義相對論中所預言的與重力波傳播相關的空間微小扭曲現象。激光束彼此之間呈直角。重力波也許會使一個受到壓縮而使另一個被伸長，這就導致當光束集合在一起時容易形成微弱的閃光。

到現在為止，重力波研究並沒有出現在項目第一期計劃的四個實驗中。有關分析也隻是涉及到重力波的種類探討。L)G0幹涉儀可以搜索一些老化的行星崩解時所發出的衝擊波，例如，兩個密度很大的行星相撞時會發出高頻波。另外的兩支研究隊伍，一個致力於研究電磁脈衝的周期性來源，另一個致力於早期宇宙留下的重力波背景，目前尚未有什麽明確的收獲。

從2000年10月開始運行以來，L)GO的科學家始終在努力減少噪音的影響——比如地震引起的振動和在路易斯安那伐木所帶來的噪音——一些會使機器搖動同時阻礙機器尋找重力波的微弱信號。L)GO的一位研究成員、麻省理工學院的物理學家瑞那·威斯認為，這些問題很快就可以解決。他說：“現在我們距預定的靈敏度還有一定距離。盡管我們沒有達到理想狀態，但是我們是處在射程範圍之內的。”

關於重力波的一些試驗：

實驗室一

樸素的台麵和擦亮的鏡子懸掛試驗架上，就像試驗台上的一個鍾擺。盡管此鏡子可以透過可見光，但反射的幾乎是幹涉儀中激光發出的近100％的紅外光。這種幹涉儀是包含有激光的一種儀器，利用紅外線激光束發出的光線，可以非常精確地測量距離。此激光束越長，此幹涉儀就越靈敏。當極其強大的重力波經過此幹涉儀時，它將會因時空扭曲而稍微改變此儀器的長度。

實驗室二

俯視美國加利福尼亞理工學院幹涉儀的頂上，我們可以看到一個“L”形 裝置，其每一條胳膊都包含有一個能夠延伸40米的激光束。這些不鏽鋼室被抽空隻剩下大約十億分之一的大氣，為激光束創造了一個極其重大且必要的真空環境。

這類似於華盛頓州和路易斯安那州的幹涉儀樣機，隻是相對小一點。後者的胳膊可以測量4公裏處的數據。這二處類似的裝置讓科學家來證實異常探測確實是重力波路過，而並非汽車經過此實驗室。

實驗室三

在此真空室中，激光束分裂器位於此幹涉儀2條胳膊的交叉處，也就是“L”形的拐點上。此工作台主要是由一係列鏡子、過濾器和其他光學裝置構成。從這裏看，此紅外線激光束被輸送到了這個係統的每一條胳膊深處。每一束激光被用來校準同樣的極端精確的回聲。倘若一束激光碰到了任何幹涉，另一束激光就能測量到它。

探測重力波的問題在於它們作用地球的效果變化特別小。由遙遠事件產生的強大重力波等到它們到達地球時已經十分微弱了。正因為如此，用於探測重力波的儀器必須特別精確和精細。左邊是此幹涉儀一條胳膊的一個終端，包含4麵主鏡中的一麵，和各種各樣的較小鏡子在一起。這些鏡子被用來校準並且排列此激光。此主鏡將激光束反射回“L”形的拐點上，以進行測量。

實驗室五

此激光(在分裂之前)起源於右邊的白色管子中。這些管子裏含有精心製作的精密儀器，用於探測盡可能多的信號噪音。此實驗室中工作的噪音校正技術令人無法置信，它們具有一層層的隔離保護。此激光束來自一個20厘米的石英管中，這個石英管懸掛在鍾擺上。鍾擺本身具有彈簧、地震隔離堆與真空室。

這個懸浮的圓柱中前後回彈的光子以幹涉儀運轉的精確波長引起共鳴。任何頻率的變化或此激光束長度的偏移會引起此真空室不會出現共鳴現象，從而能被此係統測量出來。

實驗室六

這種幹涉儀一條胳膊未端的一個光學台麵被用於監測激光束的強度、位置和角度。

實驗室七

此光學台麵用於感知來自此幹涉儀胳膊交叉點上不同出口的光線，在這裏有一天可以探測到重力波的。為實現這一目標，它的上麵也會覆蓋有激光幹涉重力波觀測台建造的傳感器。

實驗室八

中心的3個盒子是象限光電二極管，主要用於探測激光束的位置。

實驗室九

激光幹涉重力波觀測台樣機幹涉儀需要大約十億分之一大氣的特別真空的環境，也就相當於低地球軌道運行中所發現的真空水平。為了達到這種極度真空的狀態，必須得配備一個自由振動的磁懸浮的渦輪泵才行。真空歧管和遠程控製閥，可幫助驅動此真空。

實驗室十

一些充氣風箱讓幹涉儀胳膊長度能夠被用於調節來彌補此不鏽鋼的溫度膨脹變化。如果沒有這些風箱，當周圍溫度每一次變化時，高真空室將會被扯下來，甚至拖拉到地板上。