13亿年的等待 揭秘引导人类穿越时空的宇宙天籁

核心提要：人类历史上首次直接探测到引力波。双黑洞并合导致时空弯曲，来自宇宙的声音究竟是何天籁？引力波和星际穿越有什么关联？《世纪大讲堂》本期揭秘引力波。

凤凰卫视7月2日《世纪大讲堂》，以下为文字实录:

解说：人类历史上首次直接探测到引力波。

男：我们探测到了引力波，我们做到了。

解说：双黑洞并合导致时空弯曲。来自宇宙的声音究竟是何天籁？引力波和星际穿越有什么关联？

曹军威：时空穿越、星舰文明，将来是不是能实现？我想没有不可能的事情。

解说：《世纪大讲堂》揭秘引力波，马上播出。

田桐（主持人）：学术殿堂、思想盛宴，欢迎各位来到《世纪大讲堂》，我是主持人田桐。今天呢，来和大家说一说关于引力波的话题，科幻迷对这个话题呢，其实并不陌生，它是刘慈欣在《三体》当中人类对抗三体星人的武器，就是引力波发射装置，那么用一个相对文艺点的词来说呢，引力波是一种时空的涟漪。一百多年之前，爱因斯坦用广义相对论来预测出引力波的存在，一百年之后，科学家们真的探测出了距离我们13亿光年的两个黑洞碰撞之下留下的涟漪，我相信我这么说，大家依然不知道，引力波究竟是什么？其实我也不是很清楚。那么引力波究竟是什么？科学家们是如何探测出引力波的存在的？那么探测出引力波存在对于全世界为什么引起了轩然大波呢？我们有请今天的演讲嘉宾来为大家一一解答，首先来认识他。

解说：曹军威，清华大学信息技术研究院研究员、副院长。不久前，国际激光干涉引力波天文台在人类历史上首次直接探测到引力波，这是一场全世界科学家的并肩作战，这成功背后的中国力量就是曹军威组建的清华团队，他们以高精度的数据分析能力帮助净化了引力波探测中的干扰信号，加速了人类迈向星辰大海的征程。曹军威，做客《世纪大讲堂》为我们揭秘引力波直接探测。

田桐：让我们掌声欢迎演讲嘉宾，曹教授，有请！曹教授您好！

曹军威：主持人好！

田桐：来，有请！欢迎您今天给我们带来关于引力波的话题的讨论，这也是当下非常热的一个话题。您是从什么时候开始进行引力波探测的？

曹军威（清华大学信息技术研究院研究员、副院长）：像我本人是2004年加入这个美国MIT LIGO的这样的引力波实验室，那我是2006年回到清华大学工作，继续做这个工作，2009年，我们等于说以清华大学的名义参与到了国际引力波天文台的这样的一个科学合作组织。然后到2016年，我们正式宣布直接探测到引力波。那我们是一个参与的这样的一个单位。

田桐：那所以作为科学家来说，是不是在前期长时间这么多年的探测过程当中并不确定引力波真的存在？也许有可能探测了十年，我们可以对外说它其实不存在？

曹军威：从理论上来讲，我们是相信这个引力波达到这样的探测精度，我们就能探测到引力波，但实际上这种基础研究这种不可预测性还是这个很大的。所以应该说，这次直接探测到引力波对于我们来讲是一个就是说有其必然性，也是有幸运的成分。

田桐：那么接下来的更多时间有请您给我们更多地讲一讲关于引力波的课题。

曹军威：我今天主要跟大家介绍三个问题，第一个问题就是什么是引力波？第二个问题就是我们如何探测到引力波？第三个问题就是我们为什么这么肯定我们探测到的是引力波，而不是其他的任何信号？所以给大家介绍这样的一个在科普这个层面上，跟大家做一个交流。科学家说他们看到了引力波，那到底看到是什么？实际上看到的就是这样一张曲线，最上面的这个是我们在美国这个LIGO Hanford这样的一个天文台探测到的这样的曲线。

来自双黑洞的引力波

在距离它三千公里以外的另外一个天文台，就是中间的这张图，就叫LIGO Livingston，这样的一个天文台探测到的曲线。这两个天文台距离三千公里，意味着光从一个天文台或者说引力波的传播是以光速传播，从一个天文台传播到另外一个天文台的时间是10个毫秒。

那我们的这次发现，那我们的引力波是从一个天文台扫到另外一个天文台，以光速是6.9个毫秒，如果我把一个波形平移6.9个毫秒以后，跟另外一个波形重叠以后，就可以看到这张图的第三张图。你发现它的最，幅值最大的，这个最核心的我们所谓的探测到的引力波这个信号，它的重叠率是非常大的，所以这个是我们科学家直接看到的，它带距离三千公里的两个天文台同时相差6.9个毫秒，探测到了这样的信号。

这个给大家一个非常直观的认识，我们看到了什么？我们之前探测宇宙是用望远镜，我们叫看宇宙，那如今我们引力波实际上我们叫听宇宙，那这个听到底是什么意思？如果我们把这次探测到的引娣波的信号录入到音频，那我们听到的就是这样的一个声音。

大家尤其看到最后亮的那个阶段，是有“biu”的这样的一声。就是最后这一声大家可以体会到，它在频域里边相对于它所在的背景，它已经非常非常突出了。这个就是我们所谓的科学家听到了引力波。那下面再解释一下，引力波从哪里来？那我们这次探测到的引力波是从双黑洞来，所谓双黑洞，黑洞大家都听说过，黑洞的质量这个非常大，那连光都不能逃逸出去，那我们这里探测到的引力波，是从两个相互环绕的黑洞逐渐环绕，到最后并合所产生的这样的一个引力波。

那它们这两个黑洞质量非常大，它们相互环绕，环绕的过程中，本身它也会发射引力波，这个引力波非常微弱，但是它同时放出能量，放出能量导致这两个黑洞环绕的，这个距离越来越近，越来越近到一个一定的程度，到最后它们就会并合在一起，最后变成一个这样的黑洞。

黑洞本身我们是从物质的角度来理解黑洞，但是物质本身周围是有引力场的存在，也就是说物质不是单独地存在的。只要有质量的物体，就会引起它周围，它的运动会引起周围引力场的变化，大家可以看到除了这个视频里仿真的这两个黑洞本身以外，它们之外我们有的一个演示就是说它的周围的引力场的这样的一个变化，它并合的一瞬间所爆发出来的这个引力波导致了这个引力场的一个剧烈的变化。这就是我们所讲的除了物质，物质本身我们还有一个引力场的存在。

《世纪大讲堂》节目在凤凰卫视中文台播出【节目专区】

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