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激光干涉引力波天文臺（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，縮寫為LIGO）是美國分別在路易斯安那州的列文斯頓和華盛頓州的漢福德建造的兩個引力波探測器。

建造背景

引力波是愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的一種以光速傳播的時空波動，如同石頭丟進水里產(chǎn)生的波紋一樣，引力波被視為宇宙中的“時空漣漪”。通常引力波都很低，如地球圍繞太陽運行時，發(fā)出的引力波功率僅為200瓦。宇宙中大質(zhì)量天體的加速、碰撞和合并等事件才可以形成強大的引力波，但由于波源超遠距離，引力波傳播到地球時變得非常微弱。因此需要超高靈敏度的儀器才有可能對引力波進行探測。

探測引力波意義重大，從科學(xué)意義上看，引力波可以直接與宇宙大爆炸連接。廣義相對論中預(yù)言的引力波也可以產(chǎn)生于宇宙大爆炸中，這就是說大爆炸之初的引力波在137億年后的今天仍然可以探測到。一旦發(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸時期的引力波，就可以揭開宇宙的各種謎團，甚至了解宇宙的開端和運行機制。

建造歷史

20世紀(jì)60年代，馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)家韋伯（Joseph Weber）試圖用諧振原理探測引力波，他建造了一種共振型引力波探測器。該探測器由多層鋁筒構(gòu)成，直徑1米，長2米，質(zhì)量約1000千克，用細絲懸掛起來。當(dāng)引力波經(jīng)過圓柱時，圓柱會發(fā)生共振，進而可以通過安裝在圓柱周圍的壓電傳感器檢測到。韋伯曾經(jīng)在相距1000千米的兩個地方同時放置了相同的探測器，只有兩個探測器同時檢測到相同的信號才被記錄下來。1968年，韋伯宣稱他探測到了引力波，立刻引起了科學(xué)界的轟動，但是后來的重復(fù)實驗都一無所獲。

后來世界各國又陸續(xù)建造了一些棒狀探測器，但是效果并不理想。

20世紀(jì)70年代，加州理工學(xué)院的物理學(xué)家萊納·魏斯（Rainer Weiss）等人開始考慮使用激光干涉方法探測引力波，其原理類似于邁克爾遜干涉儀。但引力波的探測對儀器的靈敏度要求非常高，要能夠在1000米的距離上感知10^-18米的變化，相當(dāng)于質(zhì)子直徑的千分之一才有可能。直到20世紀(jì)90年代，如此高靈敏度所需的技術(shù)條件才逐漸趨于成熟。

1991年，麻省理工學(xué)院與加州理工學(xué)院在美國國家科學(xué)基金會（NSF）的資助下，開始聯(lián)合建設(shè)“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）。

1999年11月建成，耗資3.65億美元。2005年-2007年，LIGO進行升級改造，包括采用更高功率的激光器、進一步減少振動等。升級后的LIGO被稱為“增強LIGO”。2009年7月，增強LIGO開始運行直到2010年10月結(jié)束。但未能探測到引力波存在的可靠證據(jù)。

2015年，最新的激光干涉引力波天文臺正式上線，理論上，該天文臺可以探測到3億光年遠的引力波事件。但科學(xué)家認為要發(fā)現(xiàn)信號強大的引力波還需要更遠、更靈敏的探測器，預(yù)計在2017年可以具備對5億光年外引力波的檢測能力。有10多個國家的超過一千名科研人員參與了該設(shè)備的運作。

2016年2月11日，加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院以及“激光干涉引力波天文臺(LIGO)”的研究人員當(dāng)天在華盛頓舉行記者會，他們探測到引力波的存在。

探測原理

引力波探測器原理與邁克耳遜干涉儀和法布里-珀羅干涉儀的原理差不多，主要部分是兩個互相垂直的長臂，每個臂長4000米，臂的末端懸掛著反射鏡，管道采用不銹鋼制成，直徑1.2米，內(nèi)部真空度為10^-12大氣壓。在兩臂交會處，從激光光源發(fā)出的光束被一分為二，分別進入互相垂直并保持超真空狀態(tài)的兩空心圓柱體內(nèi)，然后被終端的鏡面反射回原出發(fā)點，激光束在臂中來回反射大約50次，使等效臂長大大增加，這樣就會形成干涉條紋，如果有引力波通過，便會引起時空變形，一臂的長度會略為變長而另一臂的長度則略為縮短，這樣就會造成光程差發(fā)生變化，因此激光干涉條紋就會發(fā)生相應(yīng)的變化。

這好比是池塘中的水波。將漂浮物放置在水面上，當(dāng)有波浪經(jīng)過，物體便會在水面上沉浮不定。LIGO安置的鏡子就如漂浮在引力波中的懸浮物。通過在干涉臂之間往返的激光，探測儀會將鏡子間距離的輕微變化記錄下來。

不過由于可能的干擾太多，為了排除一些干擾因素，減少不確定性的誤差，LIGO在美國華盛頓州利文斯頓和新澤西州漢福德同時分別安置了兩部完全相同的儀器，彼此相距3000千米。只有當(dāng)兩個探測器同時檢測到相同的信號才有可能是引力波。

激光干涉引力波天文臺的靈敏度是空前的，但科學(xué)家也不十分肯定能否探測到引力波，可以肯定的引力波在宇宙中是存在的，這需要宇宙級的碰撞事件，但如此事件較為罕見，在銀河系內(nèi)平均每1萬年會發(fā)生一次。

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