LIGO探测到的黑洞真是最早一批恒星的遗迹，那就太神奇了!就好比走在伦敦的牛津街上，在熙熙攘攘的购物人群中突然发现了两个奇迹般幸存下来的罗马军团的士兵。要知道，自公元410年之后，罗马帝国的士兵们就已不复存在了。

如果你问我是否有引力波，我必须回答我不知道，但这是一个非常有趣的问题。

——阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)

女士们、先生们，我们已经探测到了引力波。我们做到了!

——大卫·雷泽(David Reitze)

在一个非常非常遥远的星系中，两个巨大的黑洞被锁定在相互缠绕的死亡旋涡中。就在地球上最复杂的生物还只是古老的细菌时，两个黑洞完成了最后一次绕转，发生碰撞，合并在了一起。那一瞬间，太阳质量3倍的黑洞骤然消失了。片刻之后，那些消失的质量化作时空振**的海啸，以光速向外奔涌而出。

在这短暂的一瞬间，引力波的能量相当于宇宙中所有恒星辐射能量总和的50余倍。换句话说，如果黑洞合并不产生剧烈的时空振**，而产生可见光，那么其亮度将是整个宇宙亮度的50余倍。

这次的引力波就像池塘水面上的同心涟漪那样向外扩散，沿途冲刷着100万个星系，轻摇着100亿亿颗恒星，撩拨着无数的行星、卫星、小行星和彗星。

此时的地球上，巨大的板块正在迅速而猛烈地漂移、旋转、相互碰撞，形成高耸的山脉，山脉又不断遭受风雨和冰川的侵蚀逐渐变得平坦。生命在单细胞阶段停滞了30亿年后，不可思议地在这一时期一跃成为多细胞生物。从此，植物和动物开始大量繁衍，遍布地球表面。虽然它们多次因来自星际的大块陨石撞击而灭绝，但它们总会重新萌生。恐龙来了，又走了。冰川从两极向赤道扩展开来，然后又退缩回去，反反复复，就像1英里(约1.6千米)深的白色潮汐，涨涨落落。一族直立的古猿出现了，把足印留在了坦桑尼亚莱托里的火山灰中。而这批古猿的后代仅在地质年代的一瞬之后，就把足迹留在了月球静海(Sea of Tranquility)登陆点的尘埃上。

此时，这股滚滚向前的时空涟漪早已跨越辽阔的宇宙，横扫银河系的外缘，涌入了银河系内部的猎户座旋臂。这股涟漪轻抚了太阳系边缘冰冷的彗星云，匆匆掠过气态巨行星及其超级卫星，朝着紧挨着太阳火堆的岩石行星推进。这股涟漪相继拂过火星、月球和地球大气层，最后，在历经13亿年漫长的太空传播之后，涌入了某种一直在默默等待的东西。

2015年9月14日，德国汉诺威

将近中午时分，听见“啵”的一声，坐在电脑前的马可·德拉戈(Marco Drago)知道，有电子邮件到了，但他正忙着写一篇科学论文，没有立即查看邮件内容。每天的这个时候，他都会收到类似的电子邮件，大多是例行公事，没有什么特别的意义。

2015年9月14日，星期一，本来这一天对于德拉戈来说与平日没有什么不同。诺德施塔特是一块靠近汉诺威的安静区域，在这个阳光明媚的秋日早晨，他离开位于诺德施塔特的公寓，步行10分钟，来到了马克斯·普朗克引力物理研究所(the Max Planck Institute for Gravitational Physics)。该机构拥有约200名员工，大楼由两座现代的长方形建筑组成，中间隔着一条马路，由一条玻璃通道连接。通常在早上9点，德拉戈就到了一楼的办公室，脱下外套后，坐在笔记本电脑前查看前一天晚上收到的邮件。LIGO-Virgo合作项目涉及不同国家和地区的大约1000人，不同地域的人之间有着时间差，这意味着电子邮件沟通是不间断的。

前一年，德拉戈从维罗纳附近的特伦托大学(the University of Trento)来到德国。他在阿尔伯特·爱因斯坦研究所(Albert Einstein Institute)〔马克斯·普朗克引力物理研究所(Max Planck Institute for Gravitational Physics)的非正式称呼〕做博士后时，在监控一种计算程序，它是用来分析美国的两个LIGO引力波探测器以及欧洲的Virgo (处女座)引力波探测器的输出信号，以从中筛选出可能是引力波的触发信号。

德拉戈保存了正在写的论文，翻到电子邮件收件箱，打开了未读邮件。在比萨(Pisa)附近的Virgo探测器还没有投入运行，所以只有两个附件，一个来自路易斯安那州的利文斯顿，另一个来自华盛顿州的汉福德。

在利文斯顿的是一把长达4000米的激光“尺”，而3000千米外的汉福德也有一把同样的激光“尺”。当德拉戈点击打开两个附件，并让二者一上一下分屏显示时，他注意到在东部标准时间早上5点51分，利文斯顿的尺发生了颤动，7毫秒——还不到1秒的1%——之后，汉福德的尺也发生了完全相同的颤动。颤动显示为从左到右的蛇形线条，线条上下对称的偏移完美地反映了超级尺的伸缩。在大约1/10秒的时间里，摆动变得越来越快，越来越强烈，在达到最大值后，快速消失。

毫无疑问，这就是一掠而过的引力波的标志信号。这列引力波来自一对合并中的黑洞。但是这个事实对于德拉戈来说太荒谬了，他一丝一毫都不相信自己看到的就是引力波信号。

尽管LIGO——也就是激光干涉引力波天文台(Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory)——已经运行1个月了，但其仍在进行工程升级，以提高其灵敏度，并且要到4天后的9月18日才开始按计划进行科学探测工作。LIGO项目始于20世纪80年代，但直到现在，它的高新版本才接近探测所需的敏感度。德拉戈在想，开机时间才这么短，探测到引力波的可能性有多大呢？可能性几乎为零。

这并不是引起德拉戈警觉的唯一事情。引力波极其微弱[164]，原因很简单，万有引力极其微弱，与把人体原子黏合在一起的电磁力相比，只有后者的1/1040。[165]麻省理工学院的物理学家赖纳·韦斯(Rainer Weiss)说：“爬楼梯的时候，你会觉得地球的引力真的很强大，但从物理学的角度而言，在自然界的四种基本力中，引力的效应可谓是微乎其微、不值一提的。”

这等于说，时空是非常坚硬的——比钢铁还硬1027倍。振动鼓面很容易，但要振动时空的鼓面却非常困难。尽管在空中挥挥手也会在时空结构中产生涟漪，但只有难以想象的最剧烈的物质运动，比如黑洞的合并，才能产生足以被21世纪的技术探测到的引力波。

然而，黑洞合并很可能是非常罕见的，这意味着产生引力波的事件很可能都发生在宇宙中离我们非常遥远的地方。引力波在宇宙不可思议的巨大体积里扩散，它将被稀释成无限微弱的涟漪。因此，所有人都预期，LIGO-Virgo接收到的第一个信号应该是混杂在背景噪声里的、只能勉强辨别的微弱信号。但是，德拉戈在电脑屏幕上看到的信号一点也不微弱。信号强大且清晰地显示在屏幕之上。所以他确信，肯定是弄错了，这一定是个假警报。

为了印证自己的想法，德拉戈沿着走廊来到了一位瑞典博士后同事安德鲁·伦德格林(Andrew Lundgren)的办公室。伦德格林在电脑上打开电子邮件，点击链接。当来自汉福德和利文斯顿的两个相同的波形出现在屏幕上时，伦德格林和德拉戈一样不相信这是引力波的信号。两个人的意见一致：这是假信号。

有两种假信号的可能：第一种假信号，是为了测试仪器的反应，有时候，LIGO-Virgo的工程师会向系统中注入一个伪信号。但一定会注明预注(scheduled injection)，然而德拉戈和伦德格林并没有看到预注的标志。第二种假信号，是为了确保物理学家能够区分真实的引力波和虚假的人为信号，一个由物理学家组成的小团队负责进行的盲注(blind injection)。这个团队的成员宣誓，只有在盲注的信号被探测到，或者发现这些信号的论文即将在期刊上发表时，才会公开盲注的秘密。2010年9月16日就有这样一篇论文，在即将投送到《物理评论快报》时，被告知测得的是盲注信号。

经过1个小时的讨论，德拉戈和伦德格林得出结论，对这些信号来说，最有可能的解释就是盲注。他们唯一能做的就是打电话给汉福德和利文斯顿了解一下情况。汉福德的时间是凌晨3点半，而利文斯顿的时间是早上5点半。虽然德拉戈只得到了利文斯顿控制室的回复，但这已经足够了。值班的技师威廉·帕克(William Parker)证实仪器没有问题，并确认没有预注。

德拉戈和伦德格林决定给整个LIGO-Virgo合作团队发邮件，想了解一下其他人对这个信号的看法。德拉戈在邮件里打出了这样一句话：“嘿，大家好。最近1小时探测到了1个明确的信号。有人能确认这不是人为注入的吗？”

在美国，人们起床了，并开始讨论这个信号。因而需要德拉戈处理的电子邮件太多了，他根本没时间做其他事情。那天剩下的时间就这样稀里糊涂地过去了。德拉戈忙到顾不上兴奋，他仍然相信那个信号是假的。

2天后，一切都变了。从那个让科学家们时刻保持警觉的物理学家小团队传来了惊心动魄的消息：没有盲注。

阿尔伯特·爱因斯坦研究所里有很多爱因斯坦的画像，这毫不奇怪。那天傍晚，德拉戈离开大楼回家时，注意到走廊墙上就有一幅1米高的爱因斯坦画像。这位在近一个世纪前曾预测过引力波存在的伟人，似乎正在调皮地对他微笑着说：“我说有，果然有吧？”

1936年7月，新泽西州普林斯顿大学

整整10分钟，爱因斯坦的新任助理、波兰人利奥波德·英菲尔德(Leopold Infeld)一直在赞扬霍华德·珀西·罗伯特森(Howard Percy Robertson)。英菲尔德坐在办公桌的另一边，与爱因斯坦之间隔着一堆摇摇欲坠的文件。最近英菲尔德似乎与刚从加州理工学院学术休假回来的罗伯特森建立了相当好的友谊。事实上，那天爱因斯坦从办公室的窗户里看到了他们在草坪上，在7月明媚的阳光下，二人兴致勃勃地聊着天，罗伯特森时不时地吸上一口烟斗。当罗伯特森沿着高级研究所宽阔的车道离开时，手里提着公文包晃来晃去。

爱因斯坦对罗伯特森这个人还是颇有些了解的。就在1935年，普林斯顿大学的这位年轻教授在对整个宇宙物质的均匀性做出了一些貌似合理的假设后，用爱因斯坦的引力论设法求得了一个宇宙解，从而完美地诠释了爱德温·哈勃1929年发现的宇宙的膨胀。这给爱因斯坦留下了深刻的印象。

英菲尔德从那堆文件的左侧或右侧探出身体，徒劳地想要与桌子另一边的老板有目光接触。英菲尔德说，他跟罗伯特森谈及了爱因斯坦和他的前助手内森·罗森(Nathan Rosen)曾写过的一篇关于引力波的论文，罗伯特森发现了其中的缺陷。说出这个情况的时候，英菲尔德很紧张，不知道爱因斯坦会做何反应。但他的担心是多余的。“嗯，”爱因斯坦说，“最近，我也意识到了这个错误。”

英菲尔德一离开办公室，爱因斯坦就马上把那篇论文的手稿找出来开始修改。引力波的问题比他预想的要复杂得多。1916年，在提出革命性的引力理论——广义相对论——的短短几个月时间里，爱因斯坦就意识到，振动时空并由此产生以光速向外传播的涟漪是可能的。这种引力波类似于在电磁场中**漾的波——电磁波，早在1862年，麦克斯韦就把光认定为电磁波。

但是，爱因斯坦发现，直接从广义相对论中推导出准确的预测几乎是不可能的。这并不奇怪。为了描述引力场的各种能量分布，爱因斯坦被迫采用一组含有10个方程的方程组来代替牛顿的1个方程。如果这还不够复杂，那么所有形式的能量(不仅是质量能)都具有引力，包括引力本身。引力产生引力!为了避免理论陷入无法计算的非线性，爱因斯坦别无选择，只能考虑弱引力的情况，并且申明没有额外引力的参与。这样，爱因斯坦不仅把10个方程简化为易于处理的1个，而且得到了1个波动方程，就像麦克斯韦发现的那个方程一样。引力波似乎必须存在。

真实的情况是，依据广义相对论，爱因斯坦只能证明在引力很弱的特殊情况下，引力波才存在。但假如在更一般的情况下，引力波不存在，那引力波只是海市蜃楼。要想证明在所有情况下，广义相对论都能推导出引力波存在，那简直就是一场噩梦。这个推导太复杂，爱因斯坦一点灵感也没有。然而，20年来，证明引力波必定存在的愿望一直跟着爱因斯坦。当他逃离纳粹德国，在南加州逗留了一段时间后，最终在普林斯顿高级研究院(Princeton Institute for Advanced Study)落脚时，这件事再次浮现在他的脑海中。

值得注意的是，爱因斯坦和他的第一位美国学生罗森发现了方程组的一个引力波解。这本该是一场胜利，但不幸的是，这个解中包含了一个奇点——引力波在一些地方激增到了无穷大——因此这个解毫无意义。本来要着手证明引力波的存在，但爱因斯坦和罗森似乎无意间证明了引力波根本不存在。

爱因斯坦丝毫不觉得失望。考虑到所有其他已知的场——电磁场、空气、水等——都可能有波的**漾，而引力场却没有，他认为这是非凡的发现。[1]爱因斯坦曾给远在德国的朋友、量子先驱马克斯·玻恩(Max Born)写信：“我与一位年轻的合作者得出了一个有趣的结论，引力波并不存在。”之后，爱因斯坦和罗森共同撰写了一篇论文，标题为《引力波存在吗？》并于1936年5月底投送到了美国《物理评论》杂志社。

7月23日，《物理评论》的编辑约翰·泰特(John Tate)提出了退稿的要求，这让爱因斯坦大吃一惊。泰特在附信中说，一位匿名的审稿人指出该论文中有误。该审稿人声称，爱因斯坦和罗森以无穷大为由，证明引力波不存在，但这个令人困扰的无穷大是可以轻易消除的数学假象。泰特说，如果爱因斯坦能对审稿人的评论做出回应，他会非常高兴。

幸亏罗森已离开普林斯顿大学，到苏联担任学术职位去了，否则，他会目睹导师大发雷霆的情景。在德国，像《物理学年鉴》(Annelen der Physik)这样的期刊会毫无异议地发表爱因斯坦寄来的所有东西。如果计算中出现了差错，会有人发表一篇后续论文来指出这个错误。这是德国人做科学的方式。爱因斯坦不相信《物理评论》竟会如此傲慢地拒绝这篇论文。这倒不是说爱因斯坦自命不凡，或者骄傲自大，而是他觉得事情本来就不应该是这样做的。

爱因斯坦给泰特写了一封言辞激烈的回信：

1936年7月27日

亲爱的先生：

我们(罗森先生和我)将手稿寄给你意在发表，而不是授权你在付印之前呈现给专家审读。我看不出有什么理由回应你那匿名专家的评论(且还是错误的)。有鉴于此，我宁愿将论文发表到别处。

谨启

爱因斯坦

(又及：已经去苏联任职的罗森先生授权我在此事上代表他回复。)

爱因斯坦说到做到。第一次遭遇同行评议的蜇伤，爱因斯坦决定将这篇论文寄给他以前发过论文的小型出版物《富兰克林学会杂志》(the Journal of the Franklin Institute)。幸运的是，英菲尔德向爱因斯坦转述罗伯特森的意见时，论文还没寄出，否则爱因斯坦就没有机会纠正错误了。

爱因斯坦的引力场方程的要旨是普适的，或者说是共变的(covariant)。共变是指宇宙中所有的观察者看到的物理现象必须相同，而不应该依赖任何人所处的位置，可称为坐标系(co-ordinate system)[2]。但便利的一面是，如果在一种坐标系中难以计算或无法计算的问题，只需要变换到另一种坐标系中，计算就可能很容易。这正是罗伯特森建议爱因斯坦做的事情。

碰巧的是，《物理评论》的匿名审稿人也提出了同样的解决办法。当时，爱因斯坦被愤怒蒙蔽了双眼，所以没有注意到。但当英菲尔德转述他与罗伯特森的对话时，爱因斯坦很高兴地承认了自己的错误。

爱因斯坦在办公室坐了1个小时，在论文的空白处匆匆地写着什么。现在他说引力波是存在的，爱因斯坦划掉了标题《引力波存在吗》，然后换成了《论引力波》[166](On Gravitational Waves)。写完后，爱因斯坦向后靠在椅子上，陷入了沉思。

爱因斯坦回顾着对于引力波的认知过程。早在1916年还在柏林时，他就相信引力波的存在，但并不确信，这件事已经在爱因斯坦的脑海里萦绕了20年。到了今年，也就是1936年，他又和罗森一起误以为引力波根本不存在。而现在，他终于确信引力波存在了。然而，要产生引力波真是太难了，直到1918年，爱因斯坦才想出了唯一能够产生引力波的波源，那就是两颗纠缠在一起相互绕转的恒星。但这样产生的引力波依然难以置信地微弱，实际上根本不可能探测到。[3]

爱因斯坦把论文交给了和他一起从德国来的，长期担任他秘书的海伦·杜卡斯(Helen Dukas)。在杜卡斯重新打印论文稿的时候，爱因斯坦回到办公室给《富兰克林研究所杂志》的编辑写了一封投稿信。傍晚时分，他离开研究院时，把信件交给了杜卡斯。

奥尔登巷(Olden Lane)路过一辆黄色推土机时，爱因斯坦在落日余晖中眯着眼睛看了一会儿，想知道驾驶这样一台机器会是什么感觉。爱因斯坦下定决心，如果下次那个驾驶推土机的工人在附近，他就会问问是否可以让他试试驾驶推土机。尽管人的名声大了有很多坏处，但也有好处。[167]

当爱因斯坦向右拐进默瑟街，朝他住的112号房子走去时，看见了一个人影从左侧的马坎德公园(Marquand Park)里出来，穿过前面的马路，消失在了斯普林代尔路。这人绝对就是抽着烟斗的罗伯特森。爱因斯坦若想着，这个人的建议与匿名审稿人的建议竟如此相似，好奇怪啊。[168]

这个念头只在爱因斯坦脑子里闪了一下。重要的不是他如何与罗森一起修改论文，而是他已经修改好了。现在爱因斯坦确信，引力波一定存在。

2015年9月，汉诺威

2015年9月14日之后的数月里，每一周，德拉戈和LIGO-Virgo团队其他人的工作都繁重而艰巨。清单上列出了一长串的设备和软件，每一项都要检查，以确认没有发生故障。密歇根大学(University of Michigan)的物理学家、LIGO探测委员会成员基思·莱尔斯(Keith Riles)说：“首要任务是确保自己没有欺骗自己。”

这是一项耗费大量时间和精力的艰苦工作，没有捷径可走。地球上有什么东西会模仿宇宙信号吗？有必要检查世界各地的地震记录，以排除探测到的是小地震的信号。在记录到信号的那一刻，两个探测地点有没有同时发生什么其他事情？是否有人骑自行车经过？是否有辆车撞到了附近道路上的一块突起(鼓包、石头)什么的？要想排除在汉福德和利文斯顿两地都曾发生的、能够在探测器上诱发两个完全相同信号的随机事件，这就有点麻烦了。但无论如何，要提出非凡的主张，就一定要有十足的把握。必须查阅各种记录、听麦克风录音、看闭路监控录像，以排除两个信号都是干扰信号的可能性。

当所有这些工作都完成之后，他们得出的结论是，在汉福德和利文斯顿看到的信号确实有可能是随机噪声产生的，但就概率而言，这种随机噪声需要20万年才能发生一次。信号的真实性似乎是毋庸置疑的，但还有最后一种可能性，它会让许多项目合作成员度过许多不眠之夜，那就是他们看到的是恶意的信号。

是否有人非法入侵了两个LIGO网站的电脑，并注入了信号呢？这种可能性很难排除。但调查小组得出的结论是，黑客要侵入电脑留下假信号，而且不留下任何痕迹，那就需要对多个复杂系统了如指掌。德拉戈说：“任何不可能完成的任务都会比这个更容易完成。”

到2015年底，LIGO本身的表现增强了团队的信心，让他们相信9月14日的信号是真实的。两地的巨型尺分别于10月12日和12月26日记录下了2个触发信号，每个信号都与对黑洞合并的预测精确吻合。与收到的第一个信号相比，这2个信号均较弱且难以识别。人世间的偶发事件与这套仪器合谋，伪造不止1次，而伪造了3次信号的可能性有多大呢？德拉戈说：“我们更确信了。”

保密是最重要的，参与项目合作中的任何人都不能告诉他们的朋友或家人LIGO发现了什么。对德拉戈来说，这并不太难。虽然他也渴望告诉别人，但是他太忙了，除了手头的工作，他完全顾不上其他任何事情。

此时的德拉戈和同事们正处于一种很少见的状况，他们知道了世界上其他人不曾知道的事情，历史上从没有人知道过的事情。英国传记作家彼得·阿克罗伊德(Peter Ackroyd)推测，艾萨克·牛顿可能就体会过这种感觉，这或许可以解释为什么他在25年后才告诉别人发现万有引力定律和运动定律。但德拉戈根本没有这种感觉，他太忙了，除了筋疲力尽，什么也感觉不到。除了太忙，德拉戈还以为公众对这一发现没有丝毫的兴趣。但他大错特错了。

尽管每个人都宣誓要保守秘密，但当涉及来自16个国家的大约1000人时，就变得很难；由于需要通知团队以外的人员，保密任务难上加难。仅凭信号到达汉福德和利文斯顿之间的时间差，无法精确地推断出引力波源在天空中的位置，但可以将这个位置缩小到天空中相对狭窄的一个范围。世界各主要天文台的天文学家都接到了请求他们用望远镜扫视这一区域范围的通知，看看能否发现在9月14日前后天空中出现的任何不寻常的东西。

重大发现的传闻不可避免地在科学界流传开来。9月25日，亚利桑那州立大学的劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)在推特上写道：“有传言说在LIGO探测器上发现引力波的信号了。如果这是真的，那也太神奇了。如果再有新的进展，我将发布详细信息。”这条推文促使记者们开始给参与合作的人打电话。德拉戈说：“这让所有人都有点心烦意乱。”

LIGO的阿根廷裔美国发言人加布里·冈萨雷斯(Gabriela Gonzalez)对此感到失望。早在9月16日，德拉戈第一次看到信号的第二天，冈萨雷斯和4名同事就给LIGO-Virgo的合作项目团队成员发了电子邮件：“我们想提醒大家的是，一定要对外严格保密。”对冈萨雷斯来说，过早宣传是个大问题，因为在宣布结果之前，必须对科学成果进行确认。没有人想要在发布之后收回声明说是搞错了，让自己难堪。当记者们询问时，得到的都是相同的答复：“我们需要花几个月时间分析、解读数据的前景和背景，目前无可奉告。”

2016年初，德拉戈于2015年9月12日首次看到的信号被命名为GW150914。在团队之外，发现了某种重要东西的兴奋情绪正在逐步高涨。1月11日，克劳斯在推特上说：“我发过的关于LIGO的传言已经被独立的消息来源证实了。敬请期待!引力波可能已经被发现了!真是令人兴奋!”毫不奇怪，LIGO团队中的许多人都认为克劳斯是在厚颜无耻地抢风头。

2月8日，就在宣布将于2月11日星期四举行新闻发布会时，人们的兴奋达到了顶点。《物理评论快报》与发布会在同一时间发表了这一发现的论文。[169]

新闻发布会在华盛顿国家新闻俱乐部举行，于美国东部时间上午10点30分开始，现场提供了关于该项目的简短介绍和视频，帕萨迪纳加州理工学院的理论家基普·索恩(Kip Thorne)和麻省理工学院的赖纳·韦斯也都坐在台上。在过去的几十年里，虽然有1000多人参与了这个项目，但一般认为韦斯和索恩是LIGO的创始人。

LIGO副主任大卫·雷泽(David Reitze)站了起来，身后的电视屏幕显示了两个黑洞的模拟图像。他打量着期待的听众，故意停顿了一会儿，想制造点气氛，然后才开始说：“女士们、先生们，我们已经探测到了引力波!我们做到了!”

“项目组中的很多人都曾怀疑引力波到底能否被测到。那东西应该非常微弱、极端渺小，可能永远都看不到，”韦斯说，“实际上这东西可大了，不用费多大力气就能看到。我一直告诉人们，我现在就想见见爱因斯坦!”

公众的兴趣完全超出了德拉戈的想象。在爱因斯坦预测引力波100年后，引力波的发现成为了重大的国际事件，难怪公众的情绪如此高昂。科学获得了全新的感官，就好比天生耳聋的人突然在一夜之间能听到声音了，这就是物理学家和天文学家的感受。从古到今，他们都是用眼睛和望远镜“看”宇宙的，而现在，他们第一次“听”到了宇宙。引力波就是“宇宙的声音”。

科学发现经常被媒体大肆宣传甚至炒作，但可以确定，自1609年伽利略将新奇的望远镜对准天空以来，2015年9月14日对引力波的探测是天文学最重大的发展。

德拉戈是历史上第一个目睹引力波识别标志信号的人。在他打开那封电子邮件之前，引力波已经在太空中传播了13亿年，没有人知道它的存在。“如果那天我先去吃午饭，而不是查看邮件的话，”德拉戈说，“第一个看到信号的就应该是别人，而不是我了。”

德拉戈坦率地承认，他是碰巧在正确的时间出现在了正确的地点。德拉戈说：“克里斯托弗·哥伦布(Christopher Columbus)抵达美洲大陆，成为第一个发现美洲大陆的人显然也是碰巧。大家都知道，任何事情要想取得成功，都需要很多人的共同努力，美洲大陆的发现如此，引力波的发现亦如此。就哥伦布而言，其成功与整艘船的船员是分不开的。”

2015年9月14日，两个黑洞合并产生的引力波使地球为之**漾。这两个黑洞是两颗大质量恒星超新星爆发后的遗迹。似乎近于怪论的是，当这样一颗恒星爆炸时，其核心会向内聚爆。事实上，内爆被认为是导致爆炸的原因。随着恒星核心坍缩的失控，引力不断增大，直到变得大到任何东西、甚至光都无法逃脱时，黑洞诞生了。

从本质上讲，黑洞又黑又小。因此，虽然事件视界望远镜通过遍布全球的射电天线网即将获得人马座A*的首张图像，但至今还没有人亲眼看到过它。人马座A*是银河系黑暗中心的一个相当于430万倍太阳质量的超大质量黑洞。[170]

黑洞存在的证据必然是间接的：通常观察到的是一颗或多颗恒星正以高得难以置信的速度绕着看不见的天体旋转。然而，2015年9月14日发现的引力波改变了这一切。由于这两个信号的特征与爱因斯坦的引力理论所预测的黑洞合并完全一致，因此确凿地证明了黑洞的存在。[171]

神奇的是，黑洞这个爱因斯坦并不相信的广义相对论的预测却被引力波证实了；而引力波是他确实相信的预测(或者说，他开始是相信的，后来不相信了，然后又再次相信了)。

2015年9月14日，LIGO截获的引力波信号来自2个巨大的黑洞，分别是太阳质量的29倍和36倍。在超新星爆发时，大部分恒星物质被抛入太空，只有相对少量的残余物质最终被吸进黑洞。事实上，根据天体物理学家的估计，这两颗生成黑洞的恒星质量至少是太阳的300倍。这样的恒星非常罕见，几乎不存在。然而，从理论上讲，有强有力的理由相信，大爆炸后形成的第一代恒星(我们的太阳是由前两代恒星的残骸衍生出的第三代恒星)比今天的类太阳恒星大得多。[172]如果LIGO探测到的黑洞真是最早一批恒星的遗迹，那就太神奇了!就好比走在伦敦的牛津街上，在熙熙攘攘的购物人群中突然发现了2个奇迹般幸存下来的罗马军团的士兵。要知道，自公元410年之后，罗马帝国的士兵们就已不复存在了。

这2个黑洞完全有可能相互绕行了几十亿年，其间一直在发射引力波。这些引力波消耗了二者的轨道能量，导致2个黑洞逐渐盘旋到了一起。在这期间，只有最后的十几次相互盘绕引起足够剧烈的时空扰动，产生的引力波才强大到能够被地球上的探测器探测到。这最后的十几次盘绕，每一次持续的时间只有1%秒左右。

这1/10秒长的引力波脉冲已经传播了13亿年，但是如果LIGO探测器晚启动1个月，就有可能错过这次机会。合作项目组似乎非常幸运，但是物理学家并不相信运气。LIGO在仪器启动后这么快就捕获了猎物，这一事实只能说明，黑洞合并是很常见的现象。事实证明，确实如此。

自从第一次发现黑洞合并以来，人们又发现了另外8起黑洞合并事件。最重要的是，在2017年8月17日探测到2颗中子星合并后产生的更弱、更持久的引力波脉冲。这样的恒星也是由超新星爆发而产生的。当恒星的核心质量不足以让引力把它一直挤压成黑洞时，就形成了中子星。一般来说，中子星的大小相当于珠穆朗玛峰，但密度非常高，只有一块方糖大小的中子星物质的重量就相当于地球上现有人类的总重量。

中子星有别于黑洞的关键之处在于，它不仅是时空的无底洞，而且是由真实的物质构成的天体。除了引力波，黑洞合并什么也不会产生，因为附近的所有物质在很久以前就被2个黑洞清理干净了；而中子星合并不仅产生引力波，而且会产生一个由极热的物质构成的火球。在2017年8月17日之后的几天里，大约70架对不同类型的光敏感的地面和太空望远镜观测到了火球的辐射，最重要的是发现了高能γ射线的强烈闪光。这一下子就解开了好几个宇宙之谜。[173]

比如20世纪60年代末，美国将卫星发射到轨道上，试图探测苏联秘密核试验产生的γ射线。令他们惊讶和意外的是，大约每天都能探测到一次γ射线，但不是从地面发射上来的，而是从太空中投射下来的。这些γ射线暴源(gamma ray burster)的发现直到20世纪80年代才透露给天文学界，而直到90年代，人们清楚地认识到γ射线暴源距离地球非常遥远时，才有人提出最常见的γ射线暴源可能是2颗中子星合并的结果。2017年8月17日，人们从引力波源中发现了γ射线爆发有力地证实了这一理论。

这次观测到的γ射线也揭示了一些其他东西。不同原子的原子核会以不连续的能量产生γ射线，这为每种原子提供了独特的指纹。天文学家这一次看到的γ射线是突然出现的金子的指纹，在这个火球里锻造出的金子的质量大约是地球质量的20倍。

天文学家早就知道，所有比氢和氦重的元素都是在恒星的核聚变炉中形成的。当恒星爆发时，会把这些元素喷洒到太空中，从而被纳入一代接一代的恒星中。尽管核天体物理学家已经成功地确定了几乎所有92种自然存在的元素的起源，但并不清楚金元素是哪里来的。现在，他们终于知道了。身边常见的物质与遥远的宇宙之间，还会有更惊人的联系吗？如果你有一枚金戒指或一条金项链，要知道，其中的原子都是在2颗中子星的灾难性合并中锻造出来的。而且，那次合并出现的时间远比地球的诞生更久远。

LIGO-Virgo团队曾预测，探测器的灵敏度将在2017年首次达到探测中子星合并信号的水平。事实证明，他们的预测是正确的。然而，该团队并没有预料到的是存在着一种威力大得多的黑洞的合并，大到灵敏度较低的2015年的探测器也可以轻易地发现。

所有的发现都是用一种超凡的仪器完成的。尽管传说中每个LIGO站都有1把由激光制成的4000米长的“尺子”，通过尺的伸缩探测路过的引力波。但实际上每个站点的“尺子”都是2把，被称作“干涉仪”的双臂，呈“L”状排列。之所以称之为干涉仪，是因为LIGO利用干涉现象测量光通过的路径的微小变化。

当两列波(可以是光波、水波或其他任何形式的波)相遇时，如果一列波的波峰与另一列波的波峰重合，则两个波峰相互增强，这称为相长干涉；如果一列波的波峰与另一列波的波谷相遇，则两者相互抵消，这就是所谓的相消干涉。

在LIGO的每个站点，一束激光被一分为二。一半通过干涉仪的一条真空管臂，另一半通过另一条真空管臂。在每条臂的末端都有一面悬空的镜子将光线反射回来，使这两束激光叠加起来，然后测量光的亮度。关键是，如果其中一条臂相对于另一条被拉伸，则这两列光波就不会精确同步。这时，如果其中一列波的波峰错开到与另一列波的波谷重合的程度，两列光波就会相互抵消，测量到的亮度就会下降到零。事实上，这两列光波哪怕只有微小的失调，也会在干涉时使光的亮度发生明显的变化。于是采用这种方法，通过激光相遇时在波长上相对位置的微小改变，可以分辨出一条臂相对于另一条臂非常小的长度变化——对于4000米长的激光臂来说，可以测到千分之一毫米的变化。

虽然测量4000米长的激光臂上如此小的变化已经让人感到够神奇了，但是在2015年9月14日探测到的引力波需要测量的变化更加微小。每条臂交替伸缩的距离不是以千分之一毫米计算的，而是以单个原子直径的一亿分之一来计算的。当你意识到1000万个原子首尾相连才能有一个打印出来的小数点那么大时，你才会赞叹引力波探测所取得的惊人成就。[4]“信号是无穷微弱的，来源是巨大的，仪器的敏感性是极精准的，回报是巨大的。”珍娜·莱文(Janna Levin)在《黑洞蓝调》(Black Hole Blues)一书中写道。[174]

就LIGO取得成果的分量而言，2017年的诺贝尔物理学奖授予了发现引力波的LIGO团队绝非偶然。韦斯、索恩和苏格兰实验物理学家罗纳德·德雷弗(Ronald Drever)被认为是LIGO的三位创始人。德雷弗患有阿尔茨海默病，住在格拉斯哥附近的一家养老院，[175]不幸的是，就在诺贝尔奖颁奖的前几个月，他去世了。

现在，人们的目标不仅是提高LIGO探测器的灵敏度，而且是在全世界范围内启用更多的探测器，以便更好地定位引力波爆发的源头。欧洲的Virgo仪器在LIGO之后不久就开始运作，共同做出了一些发现，如中子星的合并，日本的神冈引力波探测器(Kamioka Gravitational Wave Detector)将于2020年加入网络，印度的一个探测器也将于2025年加入。

中子星和黑洞的合并，并没有让曾希望能够探测到它们的LIGO和Virgo的实验人员感到惊讶。但他们为宇宙打开的那扇引力波的窗口，却为人类提供了看到没人预料到的、让人非常惊讶的东西的可能性。LIGO的物理学家、苏格兰政府的科学顾问希拉·罗文(Sheila Rowan)说：“我们的千强联手国际团队做出的这些发现仅仅是个开始，未来还会有更多精彩的故事。”

从光的故事中，人们可以得到启示。从前，人类只知道用眼睛能看到光；然后人们发现，这只是电磁光谱的一小部分，除了彩虹的颜色，还有无数其他“看不见的颜色”；当人类学会用人造的眼睛观察宇宙时，看到了拥有诸如γ射线、X射线、紫外线、红外线、射电波等这样丰富多彩的宇宙。各种意想不到的事物呈现在人类面前：γ射线暴源和脉冲星、类星体和超大质量黑洞，以及大爆炸火球遗留的余晖和围绕其他恒星的行星，据最新统计，已经有4000余颗。

现在，随着LIGO和Virgo的成功，人类正站在天文学新纪元的黎明。韦斯说：“我们知道黑洞和中子星，但我们更希望通过它们发射的引力波，进一步看到其他现象。”

这就好像人类曾经是聋人，现在获得了听觉，但刚获得的听觉还比较粗糙和原始。目前，将已有的“听力”发挥到极致，人类能听到的声音相当于远处隆隆的雷声，但还听不到类似鸟鸣、婴儿啼哭或美妙音乐的宇宙之声。当LIGO和Virgo以及世界各地的其他引力波设备的灵敏度获得提高之后，谁能预知当人类聆听宇宙的交响乐时，还会发现什么奇妙的事情呢？

[1]“场”就是在空间的每一点都有值的东西。它可能是1个数字，例如，空气中每个点都有1个一定大小的数字来代表大气压力；或者它可以是1个矢量，就像在磁场中，每个点都有一个代表力的大小的数字和一个代表力的方向的箭头。把这个场想象成一个带箭头的场。

[2]一个城镇的位置可以描述为伦敦以北30千米，伦敦以东30千米，也可以描述为东北方向42.4千米。两者是不同坐标系对同一位置的表述。

[3]但有趣的是，爱因斯坦并不相信他的引力理论的另一个预测：黑洞。黑洞作为可能存在的最致密的物体，可以比恒星相互绕转更近的距离相互绕转，从而造成更大的时空扭曲，并辐射出更强烈的引力波。

[4]爱因斯坦预测了激光的存在。用爱因斯坦的一种预测(引力波)证实了爱因斯坦的另一种预测(黑洞)，使用的依然是根据爱因斯坦预测(激光)制成的仪器，这是多么令人震惊啊!