努力探索多元宇宙

欧洲核子研究组织，2009年6月3日

今天由我和约翰·埃利斯主持，我们接待了一位非常特殊的国家元首。他来自一个只有836名居民、占地面积0.44km2的国家，是所有国家中面积最小的，但在世界上扮演着重要角色—梵蒂冈。该代表团由乔瓦尼·拉霍洛率领，他是梵蒂冈的总督，相当于代表教皇行使行政权力的总理。这次访问既有公务价值，也有科学价值。乔瓦尼·拉霍洛由日内瓦的工作人员以及梵蒂冈的两位顶尖科学家陪同：著名的梵蒂冈天文台主任何塞·加布里埃尔·富内斯和天文台陨石收藏馆馆长盖伊·康索马格诺，这是世界上最重要的天文馆之一。访问的目的还包括初步讨论梵蒂冈以观察员身份参加欧洲核子研究组织的可能性，这是可能实现新的有效成员加入的第一阶段。这就是代表团级别如此高的原因，这次访问除了签署议定书的手续外，还包括对共同关心的科学问题的深入讨论。上午，我们参观了紧凑渺子线圈和欧洲核子研究组织的计算机中心。午饭后，我们来到了一个用于小型研讨会的房间：61号楼A室。

梵蒂冈有一个围绕天文学和宇宙学组织的研究基础设施。梵蒂冈天文台管理着两架望远镜—位于教皇夏宫甘多尔福堡的Specola望远镜和位于美国亚利桑那州格雷厄姆山的VATT（梵蒂冈高级技术望远镜），格雷厄姆山是北美最好的天文观测点。VATT是一个现代望远镜，主镜约2m，是国际天文台的第一个光学红外望远镜。

梵蒂冈天文台是至今仍在运行的最古老的天文台之一。它建于16世纪下半叶，当时教皇格里高利十三世为了改革以他命名的历法，需要精确的计算。他向罗马学院求助，那里有杰出的物理学家、天文学家和数学家。为了便于观察，他建造了一座73m高的塔，现在被称为“风之塔”。在时代的变迁中，梵蒂冈天文台配备了越来越复杂的仪器，这些仪器安装在风之塔及罗马大学。20世纪，当这座城市的光污染变得极其严重时，教宗庇护十一世决定将天文台转移到距离罗马25km的阿尔班山上的甘多佛堡，现在天文台仍在那里。我们现在围坐在椭圆桌旁讨论物理。首先，我们讨论的是暗物质。富内斯和康索马格诺想知道我们有什么程序可以直接探测超对称粒子，从而找到中性中微子。约翰·埃利斯描绘了最简单的超对称模型，我解释了我们正在不遗余力地组织研究。然后我们继续讲大爆炸、电弱、膨胀。富内斯神父接连追问，而莱奥罗主教只是倾听和点头。约翰和我一开始都很谨慎，我们知道话题是敏感的，一点小细节就足以冒犯到我们到对话者。我们想避免哪怕是最轻微的尴尬，因此我们继续谨慎回答；但是我们不能回避这个直接的问题：“您如何看待多元宇宙？”我们突然明白，之前的所有讨论都只是为了达到这个目的的一个借口。面对这样一个假设，即我们的宇宙不是唯一拥有生存特权的宇宙。这个问题很容易想象，如果以积极的方式解决，不仅会产生科学上的影响，而且还会产生神学上的影响。出于尊重，我们试图回避的一点，实际上是他们最感兴趣的一点。从那一刻起，讨论变得更加深入，我们花了整整一个小时讨论弦理论的优缺点、永恒膨胀、真空状态和十维宇宙。我们的耶稣会同事非常了解这些问题，他们掌握了最困难的细节，他们只是想把自己的观点与我们的观点进行比较。他们想要用真正的研究人员所拥有的对知识的热情来验证技术的现状，不需要犹豫，不需要自我审查，完全自由地讨论。

会议结束时，在寒暄中，我不知道为什么突然蹦出一句：“这是一次精彩的讨论。如果伽利略看到我们今天这样对话，他会很高兴的。”当拉霍洛主教和我握手时，他给了我最大的惊喜：“说到伽利略，你愿意到梵蒂冈来探望我们吗？我很乐意给你展示我们档案馆里伽利略亲笔签名的信件，这是为少数人保留的特权。”

可惜的是，在这些复杂的岁月里，我还没有找到时间跟进那份珍贵的邀请，但迟早我会的。

至于像富内斯一样的阿根廷人，他们属于一个非常特殊的派别，具有开放和智慧的悠久传统。在访问紧凑渺子线圈期间，富内斯用完美的意大利语向我讲述了他的成长经历、他在科尔多瓦获得的学位和在意大利帕多瓦获得的博士学位。在谈到教会内部对科学的兴趣时，富内斯跟我讲了一个阿根廷民众的故事。他有意大利血统，曾是科尔多瓦的审查官。富内斯和他就物理学进行了长时间的讨论，因为他是为数不多的拥有科学知识的成员之一。他先获得化学学位，然后才获得神学学位。富内斯兴致勃勃地谈起他，好像说他是个伟大的人物，但我在那儿并没有注意到这一点。几年后，当枢机主教贝尔格里奥当选为教皇方济各时，我又想起了那次谈话。

如果我们真的发现了“上帝粒子”呢？

我从来都不喜欢这个绰号，我一直认为它不合适。然而，我知道莱德曼的书不仅成了畅销书，现在也进入了集体的想象。无论一个人多么努力地尝试，无论一个人多么坚持它不过是一个物质粒子，似乎每个人，记者和公众，都离不开这个表达。

坦白地说，每当我发现自己在一群提到“上帝粒子”的听众中辩论时，我几乎无法掩饰我的烦恼。此外，我觉得这个表达有所冒犯。我不是信徒，但我对那些有信仰的人怀有深深的敬意。当我讨论宇宙生命的最初时刻时，我总是尽量不冒犯那些人。他们把物质世界想象成造物的结果，或者是超智能的显现。我知道，科学观察在我们每个人可以自由地做出这种信仰行为之前暂停了片刻，我不允许自己去评判。

然而，我必须承认，科学界最近对希格斯玻色子作用的反思可能会打开一个全新的视角。这样一来，如果得到证实，他们就真的可以证明他们取的绰号是正确的。事实上，根据一些假设，仅希格斯玻色子就可以解决现代物理学的三大难题：正反物质的不对称、暴胀的起源和暗能量。

第一个问题关涉我们作为物质的存在。没有理由认为在大爆炸中产生了不同数量的物质和反物质，而且我们知道，如果两种如此不同的物质相互接触，它们会在一瞬间湮灭。那么，为什么反物质完全消失了，而在宇宙中，只有构成我们的普通物质和我们周围的一切还保留着？

宇宙背景辐射告诉我们，所有落到我们这里的物质只是原始物质的很小一部分。早期宇宙的物质和反物质通过发射光子自我湮灭，其数量之大，我们今天仍然可以在我们周围的宇宙中观察到。由于一种尚不清楚的机制，在最初时刻存在的十亿个物质粒子中，有一部分在第一次致命的碰撞中存活了下来。在随后的演化过程中，我们所知道的一切都是从这个小遗迹演化而来的，因此，物质相对于反物质的成功是由我们的存在所证明的：一个细节，一个小细节，我们就在这里。

几十年来，人们一直认为这一切都是由于物质和反物质行为上的不同。一个微妙的异常，打破了原来完美的对称，这是一切的基础。人们已经进行了详细的研究，事实上，已经发现了几种机制，这些机制对于物质在粒子和反粒子的衰变过程中的影响很小。这些差异在标准模型中是可以预见的，但物质的偏差太小，不足以解释我们周围观察到的过量现象。

近年来出现了一种新的假设。即使在这种情况下，当电弱相变发生时，一切都可以确定。这取决于这个相变是如何发生的，在那个精确的时刻，大爆炸后的十亿分之一秒，我们的命运被决定了。在一个物质和反物质等价的宇宙中，在任何时候，它们都可以恢复为纯能量。希格斯玻色子的一个非常轻微的偏好，可能就足以与物质而不是反物质耦合，这就是它，产生了环绕我们的物质宇宙。或者说相变发生的方式是决定性的。也许一切都是在标量场占据整个宇宙之前决定的，在那个奇异空隙中形成的第一批微小气泡中，弱相互作用与电磁作用最终分离。在这些迅速膨胀的气泡表面，物质和反物质之间会产生非常轻微的不对称性，如果相变非常迅速，就会幸存并变成一种普遍的性质。

这就是它，一个微小的缺陷，一个微妙的不完美，一切诞生都源于它。一种异常现象产生了一个物质宇宙，这个物质宇宙可以演化数十亿年。

如果一切都是从那里来的，那么就有必要了解每一个细节的关键时刻，以慢动作和不同的角度逐帧地重建它，就像观察世界锦标赛决赛的进球一样。要做到这一点，有必要建造一个比大型强子对撞机更强大的新加速器。像未来环形对撞机这样的机器，其质心为100 TeV，将是研究希格斯玻色子的潜在理想工具。自大爆炸以来，希格斯玻色子一直处于远离平衡的状态。这将需要几年，也许几十年，但迟早我们能够在我们的历史上写下另一个至关重要的篇章。

希格斯玻色子可以解决的第二个谜题则更加令人着迷：是什么引发了暴胀的过程，使得宇宙规模在生命早期阶段膨胀？

我们知道需要一个标量粒子，即暴胀子，才能触发宇宙膨胀。新发现的希格斯粒子是标准模型的第一个基本标量粒子。如果希格斯玻色子就是暴胀子呢？这种可能性是存在的，并引发了激烈的争论。

新的玻色子125 GeV的质量，一个非常特殊的值，某些人认为，这将使希格斯玻色子产生类似于所假设的会产生宇宙膨胀的势能：一座具有最小坡度的山，逐渐增长，然后跳入一个潜在的洞。在某些模型中，标量场的势能甚至可能有两个极小值。一开始，它会朝着最接近的局部最低水平移动，从而引发膨胀式增长。然后，由于量子隧道效应，或者由于其他机制，新粒子会重新开始运动，冲向稳定的平衡点，从而产生弱电真空，而且它现在仍然处于这种状态。现在我们有了希格斯玻色子，它有两种功能：首先，它引发了产生万物的混沌，然后，当这种爆发平息时，它在相互作用之间建立秩序，并组织基本粒子家族—给每个粒子分配其质量的精确值—这样万物就能和谐地发展几十亿年。当然，如果希格斯粒子真的在我们物质宇宙的形成过程中，扮演了如此明确而复杂的角色，我们就很难否认它有权利称自己为“上帝粒子”。

这个问题实际上非常有争议，无论如何暗示，希格斯粒子可能是暴胀子的假设引起了科学界很大一部分人的激烈争论。虽然不能排除希格斯粒子可能在暴胀中发挥了作用，但许多人认为有必要假设存在另一个标量，伴其左右并帮助它，就好像这个任务太大了，它一个人做不到。最后，我们又回到了马上要问自己的问题：希格斯玻色子是唯一的，还是整个新标量粒子家族的第一个成员？

要了解更多，还需要更多的研究。首先，必须精确地测量其势能随能量的变化，而能量的变化又取决于诸如顶夸克质量和强相互作用的耦合常数等参数，这些参数也必须非常精确地测量。希格斯玻色子与自身的耦合是另一个决定性的参数，它可能会带来惊喜。为了测量它，我们将需要研究一个非常罕见的过程，也许我们只能在大型强子对撞机的高亮度阶段瞥见：希格斯玻色子对的产生。要详细研究希格斯玻色子分解成一对其他希格斯玻色子的奇怪机制，有必要建造新的加速器，并且要有足够的耐心。这个过程是如此罕见和复杂，只有通过产生数百万对配对，才有可能重建那几百对配对以进行测量。

即便如此，也可能不足以消除人们对希格斯粒子在暴胀中所扮演角色的担忧。为了真正证实这一假说，有必要验证原始希格斯玻色子那极少的特征，是否在宇宙辐射的背景中留下了印记。

整个宇宙就像一个巨大的微波炉，数十亿年前非常热，至今还没有完全冷却下来。最灵敏的仪器仍在继续研究它的辐射，因为它仍然保留着非常微弱的、经历的所有历史的痕迹。这个光子旋风无处不在，我们从四面八方看到的光子是一个宝贵的信息来源，它关涉在决定性的最初时刻到底发生了什么。为了很好地研究它，有必要避免正常陆地环境的典型干扰。为此，要将仪器送入轨道，或在南极洲最偏远的地区安装非常特殊的探测器。

如果希格斯粒子触发了暴胀，它一定留下了一些痕迹。如果我们试着去计算它，就会发现希格斯玻色子的接触非常微妙。宇宙微波背景的光子在大爆炸38万年后从物质中永久分离。在那个时候，光子和电子不断被物质释放和重新吸收，它们有足够的时间与引力波的海洋相互作用，引力波是由暴胀产生的，在几千年的时间里持续震动着早期宇宙。时空的扰动传递给了与玻色子相互作用的光子，而光子则经历了一种印记：一种特殊的极化、一种特殊的相互作用。接下来的数十亿年里，这种极化的微妙痕迹仍然存在于宇宙辐射背景中。

所有最复杂的实验都在追求这种特殊的极化，但它是一种隐藏在其他现象之下非常小的效应，产生极其微弱的信号。这有点像在138亿年之后，试图听到婴儿微弱哭泣的、非常遥远的回声。如果确实是希格斯粒子触发了暴胀，那么这个信号的灵敏度将远远低于当前实验的灵敏度。

与此同时，我们可能会在希格斯玻色子和第三个千年之初最大的物理学之谜—暗能量之间的关系中发现一些新的东西。

我们所知道的关于这个未知实体的一切，就是它在整个空间中有一个常数值。一个很小但非零的值。事实上，最令人惊讶的不是暗能量的存在，而是它的值如此之小。如果你根据已知的量子涨落机制计算真空中应该包含的能量，你会得到一个与测量值完全不同的能量密度数量级：一个巨大的数量。它被定义为“真空的灾难”，用来表示物理学历史上理论预测的最糟糕的弱点。

有些人认为存在一种抵消机制，因为其他粒子，比如超对称性粒子，会给总能量带来负的贡献，并通过几乎完全的减法，导致这个神奇的数字，如此接近于零。其他人则提出，解决方案可能来自希格斯玻色子本身。

希格斯场有一个特定的值，在整个空间中都是常数，它对应一个零势能，正因为这个原因，任何两点之间的势能差都是零。这就解释了为什么严格地说，希格斯场不能贡献暗能量：标量场的能量密度为零。另外，如果希格斯场有一个值，略高于或低于那个神奇的值，那个神奇的值使势能处处为零，能量就会到处分布。但是，如果除了希格斯粒子之外，我们考虑一个新的、非常小的标量场，而玻色子与之耦合，那么这个微小的差异就可以用来解释暗能量。这个有趣的假设仍然不能解释我们之前谈到的巨大差异，但它为我们提供了一个暗示性的场景。通过希格斯粒子，我们将了解现代物理学中最有趣的奥秘之一。

总之，虽然许多科学家对尚未发现新物理的直接证据感到失望，但有人开始怀疑：如果我们已经发现了新物理学呢？

希格斯玻色子这种非常特殊的粒子，不是已经存在了吗？新玻色子确实是一种非常奇怪的粒子。太奇怪了，它甚至会和自己互动。能想象到的最简单的粒子实际上也是最难理解的粒子。那么，单独的，这个没有电荷、没有旋转的东西，从这两个大家族中所有其他的粒子中分离出来，有什么用呢？这个奢侈的角色在宇宙悲剧中扮演了什么角色，他既与形成物质的蒙太古家族说话，又与负责相互作用的凯普莱特家族交谈？如果它是整个标量家族中的第一个粒子，与标准模型不一致呢？试想一下，几十年后人们会笑着谈论我们：“本世纪初的这些科学家多么奇怪：他们发现了新的物理学，却没有注意到它。他们在别处寻找他们眼前所拥有的东西。”

新的巨大挑战

随着希格斯玻色子的发现，我们来到了物理学的一个决定性转折点。其中的核心是一些基本问题：基本粒子的起源；产生我们物质宇宙的机制；时空、物质和暗能量的结构。

在这些问题上，我们有必要设想使用加速器但不限于加速器的新一代实验。在尺度的另一端，对最微小基本粒子的研究，必须再一次伴随着对伟大宇宙结构的更深层次理解。新粒子的发现可能会解开宇宙的一些奥秘，相反，从天体物理观测中可能会获得关于无限小粒子的新信息。这两条知识之路前所未有，它们相互补充，相得益彰。

可以观察到的最巨大物体—最遥远的星系、大型星团和宇宙辐射背景—是新一代超望远镜（在陆地或卫星发射大型设备）的研究领域，他们探索宇宙中最大规模和最遥远的物体。新的仪器正在进行更深入的研究，试图识别所有可能的信号。每天都有越来越多的、详细的宇宙地图被绘制出来，不仅使用传统的光信号，还使用各种频率的无线电波、X射线和伽马射线，还有中微子和宇宙射线。

感谢新技术，传统的光学望远镜探索将继续产生伟大的结果，它可以让你集中来自最遥远星系的微弱光线。到目前为止，已经有可能制造出直径超过10m的巨型反射镜，由几十个次级镜组成，这些次级镜通过计算机精确的移动来校准，从而将微弱的信号集中到焦点上。人们已经开发出了对可见频率和同样有趣的红外、紫外频率都极为敏感的新传感器。最后，为了消除与大气有关的干扰和光污染，甚至在地球上最荒凉的沙漠中也存在这种现象，他们计划向太空发射新一代望远镜，即哈勃望远镜的继承者，在超过25年的时间里，它在距离地球550km的轨道上运行，并继续向我们发送一些最美丽的星系图像，这些图像装饰着天穹的每个角落。

巨大的射电望远镜继续记录着脉冲星、以惊人速度旋转的中子星以及活动星系核发出的最微弱的无线电波。活动星系核是指整个星系正在被超大质量黑洞吞噬，所有物质围绕黑洞旋转。到达我们的微小信号告诉我们，宇宙中发生巨大灾难的整个区域里，混乱的环境和可怕的现象，与我们生活的世界的安静角落如此不同。也许正是由于对这些遥远灾难的理解，我们对宇宙的描绘才会变得更加完整和精确。

由于陆地上和其他发送到卫星或空间站的探测器正在超越人们的视线，X射线和伽马射线频率重建了宇宙地图。为了确定宇宙射线的起源，特别是那些来自最深空间的可怕能量，在青藏高原的整个山谷安装了探测器，建起覆盖阿根廷潘帕斯草原3 000km2的仪器。为了揭示来自太阳和超新星等现象的中微子，有人潜入最深的矿井，还有人将巨大的光传感器串投入西西里岛帕萨利角附近的抹香鲸保护区数百米深的海底，还有一些人在南极洲1km3的冰层上安装探测器。

在任何时候，特种知识部队都在工作，即使在地球上最荒凉的地方。

整个世界都参与了暗物质的探索，所有伟大的谜团中最神秘的一个，今天看来，似乎触手可及。用加速器进行的研究，还不足以覆盖这种奇怪物质可能隐藏的所有形式。我们在这里装备了超灵敏的仪器，试图识别这些粒子与普通物质相互作用的信号。这些事件非常罕见，能量释放非常小，人们为此开发了低温探测器，它在非常接近绝对零度的温度下工作。人们试图记录暗物质粒子与锗等超纯晶体原子碰撞时产生的微小热量。因此，我们努力发明新的晶体生长技术，以获得无限小的杂质水平。或者我们寻找这些粒子与稀有**、气体（如氙或氩）的原子碰撞时产生的微小闪光。然后物理学家囤积这些气体，将其液化，发明新的蒸馏方法，将其纯度提高到极限。必须对敏感材料进行净化，使其不受任何形式的污染，以防止由于某些杂质而造成的残余放射性衰变掩盖信号。最后，为了尽量减少宇宙射线撞击地球所产生的混乱，这些设备被安装在废弃的矿井或地下实验室里，这些实验室被遍布北美、欧洲和中国的绵延数千米的岩石保护。

为了寻找间接信号，人们千方百计地向太空发射其他仪器。在离地球几百千米远的高空，更容易识别稀有粒子的异常产物，比如正电子，它可以发出暗物质粒子相互湮灭的信号。

在未来的几十年里，通过结合加速器、地下实验室和卫星上的直接和间接研究，暗物质将越来越难在我们的观测中隐藏起来。很容易设想，在21世纪中叶之前，会有人为这个自然界最有趣的谜团之一找到一个令人信服的解释。

一些处理暗能量的新项目已经启动。其中最有趣的一项是暗能量调查，它在几年前就开始收集数据。这个实验的核心是一个大面积的全新数码相机，再加上一个功能强大的光学望远镜，可以让你看到无数的遥远星系，并记录它们的运动。这个新的5.7亿像素相机由几十个对红色频率敏感的特殊传感器组合而成，红色频率对于观察最遥远的星系是最重要的。为了减少图像重建中的干扰，摄像机在－100?C的真空中工作，并使用创新的图像重建和降噪系统。它被安装在一个直径4m的望远镜的焦点上，这个望远镜安装在智利圣地亚哥以北460km的塞罗托洛洛，海拔2 200m。望远镜不时地利用安第斯山脉理想的光学条件进行观测。然后，用一小部分天空重建成千上万个星系的图像。在5年的观测中，我们想要研究3亿个离我们数十亿光年远的星系。精确测量暗能量的时代已经开始了。

揭开遥远灾难的秘密

最后，所有挑战之母，是最容易理解也最难以捉摸的交互作用—引力。在伽利略和牛顿之后的几个世纪里，一代又一代的物理学家仍在思考最常见的力以及它在宇宙诞生之初所扮演的角色。到目前为止，在现实中，引力已经逃脱了所有将其简化为其他力的尝试：相互作用的量子，即引力子，仍然是一个神秘的粒子，没有人能够记录引力波或产生一个令人信服的引力量子理论。但进步是巨大的，伟大的发现可能就在眼前。

直接探测引力波的实验现在已经达到了相当成熟的水平，特别是自从大型干涉仪进入这一领域以来。引力波是广义相对论所预言的时空的微妙涟漪，但它们是如此微弱，以至于迄今为止所有试图揭示它们的努力都未能成功。通过对双星系统中脉冲星轨道收缩的观测，我们获得了引力波发射的间接证据。脉冲星是一种非常紧凑的天体，其半径约为10km，质量甚至可以是太阳的两倍。它们是高度磁化的恒星，以令人难以置信的速度自转，并向Poli发射电磁辐射脉冲[Poli因此得名，即“脉冲无线电之星”（Pulsating Radio Star）的缩写]。当两颗中子星形成一个双星系统时，它们都在围绕系统质心的椭圆轨道上自旋，在这种情况下，广义相对论预测它们轨道能量的一部分会以引力波的形式释放出来。因此，较低的能量对应随着时间收缩的轨道。这是拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒观测到的结果，这两位天文学家利用位于波多黎各的巨大Arecibo射电望远镜工作，他们详细研究了脉冲星B1913 + 16的情况。由于这一发现，他们于1993年获得了诺贝尔奖。

从那时起，寻找引力波的直接探测已经成为一个优先事项，吸引了数百名科学家的兴趣和大型研究机构的注意。调动的资源使我们能够安装以巨大干涉仪为基础的现代基础设施。

这些装置的工作原理很简单：激光束被分成两束，并向垂直方向发射。两束光在最深的真空中传播几千米，然后被特殊的镜子反射回来，再次相遇。光束的交叉产生的干涉现象取决于光路中最小的差异。如果引力波通过，时空的扭曲就会拉长其中一束光，缩短另一束光，这样微小的差异就会产生信号。

用于寻找引力波的工具，是人类所能设计出的最精致的工具之一。目前，他们能够检测到两束光的光程差为10 ~ 19m，是质子大小的万分之一。如此高的灵敏度，是有望收集与电波通过相关信号所必需的。

这种能产生显著引力波的现象发生在离地球非常远的地方。如果我们用电磁辐射来类比，辐射引力波，它需要一个引力波电荷，也就是一个加速的质量。但是重力的弱点是这样的：只有当巨大的质量获得巨大的加速度时，才能产生足够强大的引力波，以便在地球上安装的实验中留下一些信号。它涉及寻找灾难性的现象，比如超新星爆炸，两颗中子星合并形成黑洞的双星系统，或者两个特大质量黑洞合并。该理论预测，在这些现象的最后阶段会发射出大功率的引力波，但其强度会随着距离的增加而迅速减小。如果天体的距离不超过1亿光年，发射的电磁波，无论衰减多少，仍能产生可被地球干涉仪检测到的信号。仪器的灵敏度越高，监测的范围就越大，也就是说，可以观测到的星系的数量也就越大，探测到这些事件并大喊“发现了！”

提高灵敏度意味着与干扰做斗争。由于无数的现象，镜子之间的距离不断变化，而这些现象必须得到控制。镜子悬挂在固定在地面的设备上，无论采取多少预防措施，地球上最小的地震活动都会影响镜子的位置。复杂的衰减系统试图消除所有来自地面和空气的干扰：几英里外的卡车或飞机、使树叶沙沙作响的风、拍打岩石的海浪或河流的流动。然后就有必要考虑镜子本身的布朗运动，以及照亮它们的激光器发射的光子数量的量子涨落等等。需要成千上万的技巧来消除所有这些干扰，使它有可能感知与波的通过有关的非常细微的耳语。好像你正在寻找完全的寂静一样，能够聆听黑洞发出的远距离回声，该黑洞吞噬了距离我们5 000万光年的十个太阳质量的红色巨人，或者听到两个黑洞合并发出的鸣叫，在它们恐怖之舞的最后阶段以一种突发性的方式互相旋转。

为了消除干扰并提高灵敏度，人们建造了更多的仪器，并将它们放置在一起。知道了干涉仪之间的距离，就有可能计算出在各种实验中波信号出现的延迟，从而有了额外的降噪工具。LIGO天文台（激光干涉引力波天文台）在美国运行着三个大型干涉仪：一个在印第安纳州的利文斯顿，另外两个在相同的真空管中，分别在汉福德和华盛顿里士满。这三个美国仪器与意大利、法国的VIRGO干涉仪合作并共享数据。VIRGO干涉仪的名字来自位于处女座附近的1 500个星系团，距离我们5 000万光年。VIRGO干涉仪安装在意大利比萨附近的卡西纳。德国和澳大利亚也发现了其他更小、灵敏度更低的干涉仪，印度也计划安装一个。

到目前为止，还没有一种仪器能够记录引力波信号，但近年来在提高灵敏度方面取得的进展让每个人都感到乐观，我们已经在为这一发现的下一步做准备了。头号逃犯被抓的那一天，不仅是科学的大好日子，天文学的一个新分支也将应运而生。相比于已知的，这将有可能从一个完全不同而互补的角度来观察宇宙。利用新的仪器和南半球的设备，将有可能识别引力波的来源，也许还可以用一种与已知的完全不同的辐射建立宇宙的图像。利用电磁波谱的所有频率，再加上宇宙射线、中微子和引力波，可以获得这些信息，这将有助于揭示那些遥远灾难的秘密，而这些灾难隐藏着对我们宇宙更深层次的理解。将灵敏度推到极限将试图揭示引力波化石，大爆炸的残留物，也许我们将开始理解引力在宇宙生命最初时刻的作用。

因此，我们已经在考虑在太空中安装干涉仪，这些设备将围绕太阳旋转，远离任何地震干扰，在恒星空间最深处的真空中移动，使用的激光束将传播数百万千米。这是欧洲航天局的eLISA计划（演化激光干涉空间天线计划），目前正在对该项目进行可行性测试，可于2034年将其送入轨道。

为了应对这些最新的挑战，将需要新一代的科学家，他们能够在设计其他更复杂的工具和技术的方面实现质的飞跃。我们需要年轻一代睿智的头脑，为知识之路注入新动力。