2016 年 2 月 11 日，在愛因斯坦預測引力波存在的 100 年之后，由美國科學基金會資助、加州理工和麻省理工的學者共同建造和維護的 LIGO（激光干涉引力波天文臺）宣布，人類首次探測到了引力波。
作為過去一年里科學界最重大的突破之一，引力波的發現標志著人類在太空探索的路途上邁出了里程碑式的一步。
在 2017 年極客公園創新大會（GIF）上，LIGO 的 Hanford 觀測臺負責人 Michael Landry 來到現場，分享了引力波發現前后的點點滴滴。
（文章部分參考了 Michael Landry 在 2016 年年初在 TEDx 上的演講，演講主題為「The Universe Speaks of Black Hole Collisions」。）
400 年前，伽利略把望遠鏡瞄向了星空。
之后，他觀察到了金星的相變，認為金星是繞著太陽轉的而繞著地球。他觀察到了土星的四顆大衛星，它們也不圍繞地球轉。他還看到到了月亮的表面是不平坦的，和神話故事里的描述大相徑庭。
伽利略的觀察到的這些東西都和當時人類的所知有很大的區別，讓人類意識到自己其實并不在宇宙的中心，只是一個更大、更復雜的茫茫宇宙中的滄海一粟。
我認為，最優秀的科學發現可以改變我們對宇宙的認知，讓我們看到之前從未了解的事物。再比如說電磁波譜，我們可以看到其中的可見光，但科學發現的告訴我們，電磁波譜中還有我們肉眼看不到但卻真實存在的 無線電波、紅外線、伽馬射線。
不過除了我們已經發現的這些，宇宙中還有很多東西是我們還不了解的。為了找到這些東西，我們需要設計特別的探測器，更重要的是，我們需要孜孜不倦的人來追尋這些宇宙中不為人知的秘密。
尋找引力波我是一名物理學家，在 LIGO 工作。
LIGO 的全稱是 Laser Interferometer Gravitational wave Observatory，即激光干涉引力波天文臺，我們的工作是尋找引力波。
在 20 世紀早期，愛因斯坦提出了廣義相對論理論，解決了牛頓的理論體系下一些無法解釋的問題，并基于該理論提出了一些看上去很怪異的預測，比如說星光彎曲、黑洞的存在、大爆炸以及引力波。
關于引力波最形象的描述可能就是「時空漣漪」了。宇宙中，兩個質量極大的物質（比如黑洞）相互高速地環繞，會讓周圍的時空產生一陣陣的「漣漪」。就像是在平靜的水面丟下一個小石塊，水面會有一圈圈的波紋向外擴散，這時候水面就是時空，水的波紋就是引力波。
如果我們可以找到引力波，可以再一次地驗證愛因斯坦廣義相對論的正確性。此外，這還可以改變我們認知宇宙的方式，這種改變就像是人類增加了一種額外的感官。用激光干涉儀探測引力波
問題是，引力波太微弱了。
可以產生巨大引力波的中子星、黑洞距離我們非常非常遙遠，以至于在愛因斯坦提出引力波一個世紀之后，人類始終沒有直接探測到它。
上世紀 70 年代，科學家提出了使用激光干涉儀探測引力波的方法，而激光干涉儀也是 LIGO 以及世界上其它引力波探測站目前正在使用的探測方法，它的原理大致如下。
首先從激光器中發射出一束頻率非常穩定的激光，這一束激光先通過分光鏡，然后被分為兩束強度相同的激光，這兩束激光分別進入兩個互相垂直的干涉臂（LIGO 建造了兩個 4 公里長的真空管道），激光光束在抵達盡頭后，會通過鏡片反射回來，然后在分光鏡的位置相遇，在這里會有一個輸出端口，用于讀出這兩束激光合并在一起、產生干涉后的光強。
通過控制這兩個互相垂直干涉臂的長度，這兩束激光是可以互相抵掉的，這時候輸出端口上我們就無法讀到光信號。當有引力波通過，會引起時空變形，一個臂的長度會變長，另一個臂的長度變短，從而造成光程差，激光干涉條紋會因此發生變化。
從原理上看，LIGO 的引力波探測器相比普通的邁克爾遜干涉儀沒有多少區別，但 LIGO 用的激光干涉儀在減震、光源、數據處理上做了大量的改進，讓其使用的設備擁有遠超之前探測設備的精度。
LIGO 有兩個這樣的 L 型引力波探測器，一個在美國的路易斯安那州的利文斯頓（Livingston），一個在華盛頓州的漢福德（Hanford ），匯集了 1000 名來自世界各地的科學家和工程師。另外，LIGO 還和意大利的 VIRGO 探測站進行合作，后者匯集了 250 名科學家和工程師。
事實上，在 LIGO 使用現在的設備之前，已經使用了上一代的設備探測了十年之久，不過一無所獲。之后，LIGO 花了四年的時間改進設備，并于 2015 年將新設備開始投入使用，隨后就探測到了引力波。
第一次探測到引力波在 2015 年 9 月 14 日，引力波穿過地球，它首先通過了路易斯安那的引力波探測器，7 毫秒之后通過了華盛頓的探測器。
在經過了嚴謹的數據分析后，LIGO 得出，這次探測到的引力波是兩個黑洞在互相融合期間釋放出的，這次的融合發生在 13 億年前，之后它們發出的引力波就開始向著包括地球在內的宇宙各個地方進行傳播。
這兩個黑洞的初始質量大約為太陽的 30 倍，以 0.5 倍光速的速度繞著對方旋轉。二者融合之后，大約 3 倍太陽質量的物質轉化為能量，以引力波的形式釋放出來，瞬間的功率超過了宇宙中所有恒星的功率之和。當然，這些能量并不是以光的形式釋放的，而是全部以空間形變的方式。
在對探測的信號進行處理后，我們可以直接用聲音的方式聽到引力波。在下面的這段視頻中，首先你會先聽到探測器的噪音，然后你會聽到聲音的頻率不斷提高，這段聲音對應的就是兩個黑洞從互相旋轉并合并的狀態。視頻中會聽到兩段聲音，第一段是探測器探測出來的真實聲音頻率，它的音調比較低，不太明顯，第二段聲音中，我們提高了聲音的頻率，可以更容易地聽到。這是人類第一段來自引力波的聲音，在 12 月 25 日，我們第二次探測到了引力波，這也是兩個黑洞融合時產生的，不過這次的強度要明顯比第一次低一些。
這一次成功探測讓我們無比興奮，它讓引力波天文學終于可以正式被確立，而我們是最早的見證者。
在愛因斯坦預測了引力波存在一個世紀之后，我們終于直接探測到了引力波。在這一過程中，我們還探測到了一種像恒星一樣質量巨大的新型黑洞（質量比任何用 X 光探測到的黑洞都要巨大）。并且還證明了成對、并互相融合的黑洞是存在的。
我們對引力波成功的探測擴大了我們的視野，在探索宇宙未知世界的又邁出了一步。此外，它還正面了愛因斯坦的廣義相對論是正確的，把我們探測到的引力波波形狀態和廣義相對論預測的數據，我們不要再額外尋找任何的數學理論依據。
除了這兩次成功的探測，我們還探測到了另外一次可能的引力波，但由于信號過于微弱，我們還不能完全確定。
未來每天都能探測到引力波？在未來的數年里，我們會繼續提高探測設備的靈敏度。
如果未來兩年內我們設備可以達到了規劃的靈敏度，我們每天都可以探測到一次兩個黑洞的融合。有了更靈敏的設備，我們還可以探測到中子星的彼此融合。中子星是恒星演化到末期，重力崩潰發生超新星爆炸之后形成的星體，成功探測后，我們會對原子核物理學中的極端材料有更多的了解。
我們還會將光學望遠鏡、射電望遠鏡，伽馬射線望遠鏡加入到探測系統，或許用不了多久，我們就會有很多之前完全未曾想象的發現。
經過了過去幾百年的發展，我們對行星、銀河系、塵埃、光、亞原子等宇宙中的元素已經有了很多的理解，但我們所理解的東西可能只占到了 5%，還有 95% 的東西，比如暗物質、暗能量，是我們現在未曾了解的，這樣一想我們還挺無知的。
當伽利略把那臺設計很原始的望遠鏡瞄向星空后，未來的幾年里，他就徹底改變了我們對自己和世界的認知，也就是從那時候起，我們設計了很多更靈敏、更優秀的天文望遠鏡。
而現在就是引力波天文學的開始，我們已經成功探測到了引力波，未來，我們會設計更優秀的引力波探測器，我們對宇宙的了解方式將從原來的「看」這一點，轉變為「看」和「聽」兼具。
