LIGO探测器

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      LIGO全称为“激光干涉引力波天文台”（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，LIGO)。
      LIGO系统由两个相距1865英里，且完全相同的探测器组成。每个探测器包含由两个长度为4公里的真空管，布置成L形，科学家们通过真空管来发射激光束。每束激光到达真空管末端后，会被镜面反射，并沿相反路线返回。在同等条件下，两束激光应该在完全相同的时间抵达源头，由于干涉，光线不会抵达光电探测器。然而，如果有引力波穿过探测器，根据爱因斯坦100年前的预测，会使两个真空管中的空间出现及其微小的拉伸与压缩，从而破坏了原有的完美平衡，使光线外泄到光电探测器上。
      迄今为止，LIGO已涉及来自美国本土的大学，如麻省理工学院，以及来自全球15个国家、超过950位科学家。但很难想象，在四十年前，LIGO仅仅是麻省理工学院物理学教授雷纳·韦斯（Rainer Weiss）设计的一项课堂练习。
      2017年诺贝尔物理学奖揭晓，3位美国科学家Rainer Weiss, Barry C. Barish和Kip S. Thorne获奖。获奖理由是“对LIGO探测器和引力波观测的决定性贡献”。

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LIGO探测器---雷纳·韦斯（Rainer Weiss）

       LIGO探测器故事从1967年始于麻省理工学院，当时物理学教务主任要求我设计一门广义相对论课程。当时，广义相对论已被纳入数学系的研究领域。虽然是引力理论，但绝大多数人也认为它与物理学没什么关系。这主要是因为爱因斯坦理论预测的可观测效应本来就是无限小的，这很难用实验物理学去验证。

       爱因斯坦曾看着他的引力公式说道：“所研究的数字和维度都太小了，小到不会对任何事物造成影响，也没有人能够测量。”当你回想1916年的技术条件时，他可能是正确的。

        过去100年发生了一些大事，天文学的发现表明，人们在1916年所掌握的有关紧密压缩源、无限密度方面知识是非常有限的，比如中子星和黑洞。但现在，我们拥有各种技术去做精确测量。从激光、微波激射器、精密电子仪器、计算机，到大批的科研人员，这些都是那个年代所不敢想象的。

       所以，当我们准备开始寻找引力波时，人类已经在技术和知识方面做好了准备。

       20世纪60年代，马里兰大学的约瑟夫·韦伯（Joseph Weber）认为，寻找引力波需要的技术条件可能已经具备，并发明了一种探测方法。他想象有一种具有极大质量类似木琴的东西，称为谐振棒（韦伯棒）。当有引力波穿过时，谐振棒会在不同方向上被拉伸和压缩，同时产生一个脉冲信号。当引力波的频率恰好和谐振棒本身的特征频率相符的时候，则会产生可被探测到的声音。

       这是寻找引力波的第一个实践，韦伯当时也宣称发现了引力波。

       我在教授课程时，学生也很有兴趣去了解这方面的知识。说实话，当时我觉得可能一辈子都弄不明白韦伯当时在做什么，这就是问题所在，因为这与我当时对广义相对论所有的认知相左，所以我也无法向学生解释。

        这就是我当时的窘境。我在想，用什么方式才能够最简单的向学生展示引力波的影响。

       当时对我而言很显然的方案是：对在太空自由飘动的物体，测量光线在它们之间往返所需的时间。如果存在引力波，光传递的时间会有变化。通过对传递时间差异的观察，可以测量引力波的振幅。这一过程的公式很容易编写，班里的绝大多数学生都能做到。请忽略当时并没有精密仪器去做测量，而仅仅停留在脑力实验这一事实。但大原则是没有问题的。

       此后，我没有就此事再做更深入的考虑，直到一年后，我意识到韦伯的实验可能有些问题，因为其他人都没有得出他的结论。或许是他的实验方法有问题，甚至是整个理论体系都出了问题。

        一个夏天，我坐在被称为“胶合板宫殿”、位于瓦萨大街（Vassar Street）20号楼的一个小房间内，花了一整个夏天研究我向学生们提出的想法，我想到了激光，我们是否真能用它来探测引力波？答案是肯定的，激光绝对是一种比韦伯的方式更有力的验证手段！