什么是時(shí)空呢？它是一個(gè)坐標系，一種概念網(wǎng)格。這是衡量宇宙尺度的一種方式，除了上，下，左，右，前和后，我們也有時(shí)間--未來(lái)和過(guò)去。愛(ài)因斯坦提出的最具革命性的想法是，當空間和時(shí)間不可分割地聯(lián)系在一起時(shí)，物理學(xué)才是有意義的，我們通過(guò)一個(gè)的方式改變了我們通過(guò)另一個(gè)的方式。而引力，任何有物質(zhì)或能量的物質(zhì)都會(huì )改變。
最極端的例子是黑洞。接近一個(gè)黑洞，除了被強大的引力場(chǎng)所撕裂的肢體外，你不會(huì )注意到很多變化。但是相對于保持安全距離的人來(lái)說(shuō)，你的手表指針、心率、思維過(guò)程以及你生活的其他方面，都會(huì )放慢到停滯狀態(tài)。
當你穿越事件視界，你將作為一個(gè)慢慢衰落、變暗的形象出現在宇宙的其他部分。如果你看你身后的宇宙，你會(huì )看到它在快速向前旋轉，在沒(méi)有你的情況下走向未來(lái)。剩下的旅程，進(jìn)入深淵中心的奇點(diǎn)，將獨自一人看到這樣的景象。
雖然黑洞的內部我們可能無(wú)法進(jìn)入，但黑洞的存在是確定的事實(shí)。大多數時(shí)候，當他們把附近的物質(zhì)拉向自己時(shí)，我們可以觀(guān)察到他們，產(chǎn)生被稱(chēng)為吸積盤(pán)的氣體炙熱漩渦。有時(shí)候，我們還可以通過(guò)恒星周?chē)能壍篱g接地看到它們。在某些情況下，它們的引力和旋轉的吸積盤(pán)可以使磁場(chǎng)發(fā)生扭曲，產(chǎn)生大量的粒子噴射，從星系中心延伸數光年。
然而，截至去年，有一種新的方法來(lái)觀(guān)察黑洞：通過(guò)它們如何改變時(shí)空本身。
任何引力體都可以說(shuō)是在時(shí)空中產(chǎn)生的“凹陷”，是一個(gè)網(wǎng)格向內彎曲的區域。當大規模物體通過(guò)宇宙加速時(shí)，這種凹陷也會(huì )移動(dòng)，并在其周?chē)目臻g中產(chǎn)生干擾。當兩個(gè)黑洞相互軌道相撞時(shí)，它們在太空中形成的漣漪會(huì )輻射到整個(gè)宇宙，伸展和壓縮其路徑中的一切。
這些漣漪被稱(chēng)為引力波。去年，科學(xué)家們首次使用激光干涉儀引力波觀(guān)測臺（LIGO）探測到它們。LIGO通過(guò)四公里長(cháng)的真空管來(lái)回激活來(lái)測量精心懸掛的鏡子之間的距離。當引力波通過(guò)時(shí)，激光會(huì )有非常微小地相位差。當距離變化僅為質(zhì)子寬度的千分之一時(shí)，LIGO也可以檢測到。
LIGO的專(zhuān)長(cháng)是黑洞的碰撞。當兩個(gè)黑洞軌道距離太近時(shí)，他們開(kāi)始向內旋轉，直到它們的視界接觸，然后它們合并成為一體。最后一個(gè)黑洞的質(zhì)量等于兩個(gè)黑洞的質(zhì)量之和，再減去在最后時(shí)刻被完全轉換成引力波的質(zhì)量。這一瞬間的引力輻射的能量，能比整個(gè)可見(jiàn)宇宙中的每一顆恒星的合成光總和的能量還多。引力波可以在宇宙中傳播數十億年，但仍然有足夠的能量來(lái)移動(dòng)LIGO的鏡子，讓我們感受到黑洞碰撞的震動(dòng)。
到目前為止，LIGO已經(jīng)發(fā)現了三個(gè)黑洞螺旋事件。就黑洞和引力波的基本物理學(xué)而言，所有的事件都與愛(ài)因斯坦廣義相對論的預言完全一致，這是100多年前的引力理論。但不是一切都像物理學(xué)家所期望的那樣。我們看到的漣漪是由比我們想象的更大的黑洞產(chǎn)生的。
產(chǎn)生一個(gè)黑洞很容易。拿一顆巨大的星星（至少比我們的太陽(yáng)大幾倍），等待幾百萬(wàn)年后崩潰，這通常是以相當混亂的方式發(fā)生的。在星塵消失后，會(huì )留下一個(gè)不錯的“恒星質(zhì)量”的黑洞，它的重量將是太陽(yáng)質(zhì)量的幾倍到十倍。我們看到了銀河系中恒星質(zhì)量黑洞的證據，因為它們有一個(gè)壞習慣，就是撕裂其他碰巧圍繞它們運行的恒星。如果黑洞在彼此的二元軌道和附近碰撞，LIGO主要是為了看到這樣的黑洞。
那里還有很多更大的黑洞，它們的質(zhì)量是太陽(yáng)的數百萬(wàn)倍，在星系的中心。它們似乎是通過(guò)從周?chē)h(huán)境中吸入大量的氣體和灰塵來(lái)增長(cháng)的，盡管它們的形成過(guò)程仍然不清楚。這些超大質(zhì)量黑洞也應該有時(shí)會(huì )發(fā)生碰撞，但這些碰撞的引力波的頻率太低，無(wú)法被LIGO檢測到。
我們一直認為中等質(zhì)量范圍的黑洞可能存在，但是很難在觀(guān)察中找到證據。有幾個(gè)可能的解釋。有些與黑洞形成的理論有關(guān)，有些黑洞在不同的環(huán)境中合并的速度很快，還有一些與選擇效應有關(guān)：事實(shí)上，大黑洞的合并使得時(shí)空中的“斑點(diǎn)”更大，因此更容易LIGO發(fā)現。這些中等規模的黑洞正在幫助我們更好地了解黑洞的形成和發(fā)展。
LIGO將繼續搜索，隨著(zhù)時(shí)間的推移，新的探測器將上線(xiàn)，這將為我們提供更多的數據，并幫助我們確定每個(gè)信號來(lái)自哪個(gè)方向。這意味著(zhù)我們可能能看到由事件或星系所產(chǎn)生的爆發(fā)的光線(xiàn)，這將使我們更清楚地知道它們是如何發(fā)生的。但即使只有幾個(gè)被檢測，這意味著(zhù)一個(gè)新時(shí)代的天文學(xué)已經(jīng)開(kāi)始了。
引力波天文學(xué)，從這個(gè)方向，我們不以光或粒子來(lái)觀(guān)察宇宙，而是通過(guò)拾取時(shí)空本身的振動(dòng)，是我們宇宙觀(guān)的真正革命。當我們繼續進(jìn)入未知世界時(shí)，我們只能猜測它可能告訴我們什么。
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