【儀表網(wǎng) 百科知識】這陣子熱的事件莫過于LIGO發(fā)現(xiàn)引力波了，很多人在茶余飯后都情不自禁地聊起來：你知道引力波嗎？你感覺到引力波了嗎？還有一些人則想得更遠(yuǎn)——引力波對我的生活有什么用？中國人什么時候才能發(fā)現(xiàn)引力波啊！

當(dāng)然，中國的科學(xué)家并不是吃閑飯的。

2016年2月13日，中國科學(xué)院高能物理研究所發(fā)了條微博：“你知道嗎？目前，我國主要有兩大引力波探測項(xiàng)目：中科院高能所主導(dǎo)的‘阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃’和中山大學(xué)的‘天琴計(jì)劃’。一個是在地面上聆聽引力波的音符，一個是到太空去捕捉引力波的聲響。”

緊隨其后，2月16日，中國科學(xué)院舉行“空間引力波探測與研究”媒體見面會，正式公布“太極計(jì)劃”。

好嘛，阿里計(jì)劃、天琴計(jì)劃、太極計(jì)劃——一出就出仨。

Q1：既然都是引力波探測計(jì)劃，這仨有什么不一樣呢？
　　
先來看個表格。

光看表格可能還不太明白，我們挨個八一八。
　　
首先，名字不一樣。
　　
當(dāng)然不是！這么大的探測項(xiàng)目，名字當(dāng)然不是隨便起的。“天琴”顧名思義，是天上的——空間引力波探測計(jì)劃，“阿里”則是扎根于中科院國家天文臺西藏阿里觀測站，是地面的——望遠(yuǎn)鏡探測計(jì)劃——跟阿里巴巴沒有半毛錢關(guān)系！“太極”則是……額，這個不太能從字面看出來，不過你再瞅瞅LIGO的那個雙黑洞，似乎發(fā)現(xiàn)了什么……

事實(shí)上，“太極計(jì)劃”是科學(xué)家們剛給它取的小名，你可記得蝌蚪君曾經(jīng)提過——2008年，在中科院力學(xué)所國家微重力實(shí)驗(yàn)室胡文瑞院士的推動下，中科院多個研究所及院外科研單位共同成立了科學(xué)院空間引力波探測工作組，開始探索中國空間引力波探測的可行性。這一項(xiàng)目被列入中科院空間科學(xué)2050年規(guī)劃。

沒錯！這個“科學(xué)院空間引力波探測工作組”就是“太極計(jì)劃”的前身，所以它也屬于天上的——空間引力波探測計(jì)劃。

小結(jié)一下，“天琴計(jì)劃”和“太極計(jì)劃”同屬空間引力波探測計(jì)劃，“阿里計(jì)劃”則是立足地面設(shè)備的探測計(jì)劃。

Q2：要找的都是引力波，有什么不一樣嗎？
　　
既然是波，總要分大小，有高低。引力波更為特別，它的頻率很寬，低的只有億億分之一赫茲。

頻率低的是原初引力波，它的波長跟整個宇宙的尺度差不多大，所以只能通過對宇宙大爆炸后的光子場信號，即宇宙微波背景輻射來尋找它。——“阿里計(jì)劃”主要尋找的就是原初引力波。

“阿里計(jì)劃”使用的是一臺微波波段的望遠(yuǎn)鏡，通過極其敏感的探測元器件，排除地球大氣和銀河系的干擾，搜尋從137億年前跨越整個宇宙?zhèn)鞑サ降厍虻挠钪嫖⒉ū尘拜椛?。它尋找的是一種特殊的偏振信號，稱之為B模式。

要做到這點(diǎn)也不容易，望遠(yuǎn)鏡為了盡量避開環(huán)境和大氣的干擾，放在海拔5100多米的西藏阿里地區(qū)獅泉河附近的山頂。大氣越稀薄、水汽含量越少，干擾就越小，才越有希望看清原初引力波留下的痕跡。這里海拔高、云量少、水汽低、透明度高，觀測條件堪比美國南極科考站。

其次是大質(zhì)量黑洞并合時發(fā)出的引力波，對應(yīng)頻率在百萬分之一赫茲到億分之一赫茲之間。這種事件往往發(fā)生在星系與星系相撞的后期?？茖W(xué)家往往利用校準(zhǔn)后的毫秒脈沖星，作為校準(zhǔn)光源，在地面上用大型地面射電望遠(yuǎn)鏡作為探測器，來觀測這種引力波。

需要注意的是，這些都屬于低頻引力波。

中頻波段的引力波源主要是中等質(zhì)量的致密雙星（黑洞、中子星、白矮星），以及宇宙大爆炸早期（10-34秒以后）產(chǎn)生的引力波。

致力于空間探測的“太極”和“天琴”都是針對中低頻段的引力波。

而LIGO此次發(fā)現(xiàn)的引力波，屬于高頻引力波。而且，所有的地面探測局限于臂長，再長也突破不了高頻范圍，只能觀測小質(zhì)量黑洞并合發(fā)出的引力波。

所以，當(dāng)我們還在擔(dān)心“LIGO都發(fā)現(xiàn)了引力波中國還有啥比高頻更加豐富，可研究的問題更多——如果低頻能做成功，那就不是一個諾獎了！

所以，LIGO的發(fā)現(xiàn)就相當(dāng)于交響曲的序曲，證實(shí)了引力波的存在，可是主調(diào)還在后面呢！

而且，學(xué)如逆水行舟，不進(jìn)則退。人家歪果仁都搞明白的事情，你不研究你就落后了。

那么，悄悄地說，我們離水平還差多遠(yuǎn)？

舉個例子，引力波探測關(guān)鍵的核心技術(shù)就是地球微重力測量，中國能達(dá)到的微重力水平才-6、-8，而上星的話需要-11~-12，我們要學(xué)的還太多。

但是，千萬不要?dú)怵H！

因?yàn)槲覀兊牟罹嘁呀?jīng)在縮小了。以歐航局搞的eLISA為例，同樣是空間引力波探測項(xiàng)目，同樣是三顆衛(wèi)星計(jì)劃，雖然我們目前不能全面的達(dá)到eLISA水平，但是局部已經(jīng)可以滿足，比如eLISA所需要的望遠(yuǎn)鏡，完全可以中國造。但要造中國自己的探測器，至少還要20年。

所以“太極計(jì)劃”做了兩手準(zhǔn)備——
　　
A、中國作為主要參與方，加入歐航局的eLISA計(jì)劃；

B、不加入eLISA，中國自己發(fā)衛(wèi)星搞探測。

選擇A方案我們可以從合作中學(xué)到更多，成功率更大；

選擇B方案就是堅(jiān)持“madeinChina”，成功率不好說。

話說回來，地有多大產(chǎn)，還要看預(yù)算。LIGO靠的是美國國家科學(xué)基金會的長年支持，歐洲的研究也已經(jīng)二三十年了，中國的空間科學(xué)還是很薄弱。就像我們教育孩子一樣，引力波探測也是一個逐步建立知識體系的過程。

如何能在基礎(chǔ)研究上保證可持續(xù)呢？必須得花錢。

科學(xué)家們已經(jīng)表態(tài)了，我們要體諒國家困難，一步一步的來。但是這一步，必須要走。

后一個問題，是大家關(guān)心的。

引力波會對我們的生活有什么影響？
　　
這一點(diǎn)，科學(xué)家們也可以負(fù)責(zé)任的告訴你：目前而言，主要靠幻想。

以前人類的視野可能局限于微觀世界，引力波可以讓我們對宏觀世界有更多了解。

就像我們丈量世界的尺子一樣，以前是米、微米（100萬分之一米），后來是納米（10億分之一米），今后是皮米（10000億分之一米），引力波就是推動皮米探測技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)所產(chǎn)生的影響不可估量。如果有一天，人類真要星際穿越，那引力波就可以幫助我們，在浩瀚的宇宙中看清前路，看得更遠(yuǎn)。