这阵子最热的事件莫过于LIGO发现引力波了,很多人在茶余饭后都情不自禁地聊起来:你知道引力波吗?你感觉到引力波了吗?\n\n还有一些人则想得更远——引力波对我的生活有毛用?中国人什么时候才能发现引力波啊!当然,中国的科学家并不是吃闲饭的。2016年2月13日,中国科学院高能物理研究所发了条微博:“你知道吗?
目前,我国主要有两大引力波探测项目:中科院高能所主导的‘阿里实验计划’和中山大学领衔的‘天琴计划’。一个是在地面上聆听引力波的音符,一个是到太空去捕捉引力波的声响。”\n\n紧随其后,2月16日,中国科学院举行“空间引力波探测与研究”媒体见面会,正式公布“太极计划”。
“太极计划”的负责人:微重力科学专家、中国科学院院士胡文瑞和中国科学院院士、中国科学院大学副校长、中国科学院卡弗里理论物理研究所所长吴岳良。\n\n“太极计划”是科学家们刚给它取的小名,你可记得蝌蚪君曾经提过——2008年,在中科院力学所国家微重力实验室胡文瑞院士的推动下,中科院多个研究所及院外科研单位共同成立了科学院空间引力波探测工作组,开始探索中国空间引力波探测的可行性。
这一项目被列入中科院空间科学2050年规划。\n\n“天琴计划”和“太极计划”同属空间引力波探测计划,“阿里计划”则是立足地面设备的探测计划。既然是波,总要分大小,有高低。引力波更为特别,它的频率很宽,最低的只有亿亿分之一赫兹。频率最低的是原初引力波,它的波长跟整个宇宙的尺度差不多大,所以只能通过对宇宙大爆炸后遗留的光子场信号,即宇宙微波背景辐射来寻找它。“阿里计划”主要寻找的就是原初引力波。
\n\n“阿里计划”使用的是一台微波波段的望远镜,通过极其敏感的探测元器件,排除地球大气和银河系的干扰,搜寻从137亿年前跨越整个宇宙传播到地球的宇宙微波背景辐射。它寻找的是一种特殊的偏振信号,称之为B模式。\n\n中频波段的引力波源主要是中等质量的致密双星(黑洞、中子星、白矮星),以及宇宙大爆炸早期(10-34秒以后)产生的引力波。致力于空间探测的“太极”和“天琴”都是针对中低频段的引力波。
而LIGO此次发现的引力波,属于高频引力波。\n\n如果低频能做成功,那就不是一个诺奖了!所以,LIGO的发现就相当于交响曲的序曲,证实了引力波的存在,可是主调还在后面呢!而且,学如逆水行舟,不进则退。人家歪果仁都搞明白的事情,你不研究你就落后了。\n\n那么,悄悄地说,我们离国际水平还差多远?
举个例子,引力波探测关键的核心技术就是地球微重力测量,中国能达到的微重力水平才-6、-8,而上星的话需要-11~-12,我们要学的还太多。\n\n但是,千万不要气馁!因为我们的差距已经在缩小了。以欧航局搞的eLISA为例,同样是空间引力波探测项目,同样是三颗卫星计划,虽然我们目前不能全面的达到eLISA水平,但是局部已经可以满足,比如eLISA所需要的望远镜,完全可以中国造。
但要造中国自己的探测器,至少还要20年。\n\n所以“太极计划”做了两手准备——A、中国作为主要参与方,加入欧航局的eLISA计划;B、不加入eLISA,中国自己发卫星搞探测。选择A方案我们可以从国际合作中学到更多,成功率更大;选择B方案就是坚持“made in China”,成功率不好说。\n\n话说回来,地有多大产,还要看预算。
LIGO靠的是美国国家科学基金会的长年支持,欧洲的研究也已经二三十年了,中国的空间科学还是很薄弱。就像我们教育孩子一样,引力波探测也是一个逐步建立知识体系的过程。\n\n如何能在基础研究上保证可持续呢?必须得花钱。科学家们已经表态了,我们要体谅国家困难,一步一步的来。但是这一步,必须要走。走得慢一点,走得稳一点。\n\n最后一个问题,是大家最关心的。引力波会对我们的生活有什么影响?
这一点,科学家们也可以负责任的告诉你:目前而言,主要靠幻想。以前人类的视野可能局限于微观世界,引力波可以让我们对宏观世界有更多了解。就像我们丈量世界的尺子一样,以前是米、微米(100万分之一米),后来是纳米(10亿分之一米),今后是皮米(10000亿分之一米),引力波就是推动皮米探测技术。这项技术所产生的影响不可估量。
如果有一天,人类真要星际穿越,那引力波就可以帮助我们,在浩瀚的宇宙中看清前路,看得更远。