倾听永不消失的引力波

　　 为了捕捉到引力波，数十年来，人们一直孜孜以求地尝试着各种探测器制造技术和理论。只有打造好了一只灵敏的“耳朵”，我们才能听到最隐秘的声音。在全世界，致力于引力波探测的科学家们正在为我们创造越来越先进的倾听引力波的“第三只耳朵”，有了它，宇宙太空中的星系生活将不再只是望远镜中的哑剧。
　　 引力波的传播与其它的波都不相同，当它穿过物体时，首先是将物体左右拉长，再挤压回到原来状态；然后是上下拉长，再挤压回到原来状态。如果引力波作用在一个圆形截面的物体上，我们将可以看到圆面上下左右地拉长，从而使物体形状在圆形和椭圆形之间来回震荡。这就是所谓的四极震动波。科学家们根据这个原理，设计了四个大小几乎一模一样、表面极端光滑的悬挂小球组成的探测仪器。当引力波穿过它们时，人们就会看见四个小球相对着先左右远离，靠拢；再上下远离，靠拢。当然，这个移动的距离会很微弱，甚至不超过氢原子大小，而且变动速度与光速一样迅速，但今天的技术足以能够观察到这隐秘的波动了。今年4月初由美国航天局发射的“引力探测器B型”卫星，就是依据这个原理制造的。科学家可以根据这个距离地球635公里高处的卫星中，四个乒乓球大小的石英小球的定向变化，判断宇宙的时空结构是否发生了波动。
　　 除了直接利用物质的波动运动来探测引力波外，运用得更多的是根据引力波对光的干涉原理，制造成的各种激光干涉仪引力波探测器。目前世界上在建和已经开始运行的地面引力波探测器包括美国的LIGO，意大利的VIRGO，德国的GEO和日本的TAMA。它们的结构大体类似，都是由两个成90度交叉的长长的真空管臂组成，只是真空管道双臂长度不同，其中LIGO的长达4公里，VIRGO的长达3公里， GEO的600米，TAMA的300米。以规模最大的LIGO为例，它从一个地方发出两束激光，经远处平面镜反射后又回到起点汇合。如果这两束激光的波长在这个传播路途中没有改变，他们返回后形成的光斑亮度还和原来一样。但是，如果有较强的引力波干扰了它们，使他们各自传播的空间发生了距离改变，再返回来时就不会和先前一样汇合了：要么波叠加使光亮变强，要么波峰和波谷相互抵消使光变暗甚至消失。预计两个臂发生长度改变只有一个氢原子大小的1亿分之一。LIGO设在美国的一个平原上，专门用来接收来自银河系的中子星或者黑洞运动引起的高频率引力波。
　　 可是地面上建造的“耳朵”，再大也不能听到超大质量黑洞发出的更低沉的呼噜声，因此欧洲航天局和美国航天局合作，正在着手进行名为 LISA的太空引力波探测器研制。它由三颗卫星组成，将在2008年发射升空，排列成一个边长为500万千米的等边三角形，并静静地呆在绕太阳公转的轨道上。由于LISA有一个500万千米的超长“手臂”，比起LIGO等其它探测器来不知要灵敏多少倍，它可以很容易地听到来自宇宙更深处声音喑哑的低频引力波甚至宇宙早期发出已经成为背景的低音。<待续>