國際 LIGO 合作組織昨天宣佈，於 2015 年 9 月 14 日直接探測到引力輻射，這開啟了探索宇宙和尋找支配宇宙的物理定律的新階段。當然，測量的細節必須並將受到應有的嚴格審查——這是科學的方式——但顯示的資料似乎非常有說服力。
這份報告代表了多方面的勝利。這是對包括阿爾伯特·愛因斯坦在內的一長串理論物理學家的獎勵，他們從一百年前的今年開始，逐漸弄清楚如何表示、計算和尋找這些引力波的可觀測特性。這也是對光學、雷射、訊號處理等領域的實驗和計算物理學家和工程師組成的龐大隊伍的致敬，他們為這項探索努力了三十多年，逐步磨練他們的技術，以便能夠測量小於質子直徑千分之一的距離，並在地震、熱和雷射噪聲的嚴酷背景中檢測到真實訊號。這也是對世界各地政府機構的證明，尤其是資金拮据的美國國家科學基金會，他們對一項未經證實的技術保持信心，面對懷疑和來自更安全的科學的激烈競爭。
LIGO 合作組織將他們的儀器探測到的訊號歸因於距地球超過十億光年的兩個先前存在的黑洞的合併。每個黑洞的質量都大約是太陽的三十倍，在合併之前，它們彼此繞軌道執行得越來越快，距離越來越近。這場可怕的舞蹈以一個劇烈搖晃和旋轉的時空區域的形成為結束，該區域迅速坍縮、耗盡，形成一個靜止的黑洞——比合並前的總質量輕三個太陽質量。其餘的則轉化為能量，由引力波帶走。這就是宏大規模的 E=mc2！
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在今天之前，大多數物理學家都在談論探測一對合並的中子星。這些雙星物體可以在合併之前很久就被觀測為射電脈衝星，並且它們的軌道已經被測量到以廣義相對論理論預測的速度收縮，精度優於千分之一。我們對這種情況可能發生的頻率有相對較好的理解，並且預計 LIGO 可能需要一年的執行才能看到它們，因為它的靈敏度逐漸提高。相比之下，對於黑洞合併率的看法差異很大。我們現在懷疑樂觀主義者是對的！現在要知道這些雙星的來源還為時過早。它們可能是在星系核或球狀星團中形成的。它們甚至可能是宇宙中最古老恆星的最後遺蹟，形成於星系彼此之間的距離是今天的十分之一的時候。
探測雙黑洞的一個額外好處是，它們在合併時發出的引力波頻率與 LIGO 的能力非常匹配。它們也是純粹的引力結合，不受中子星內部核物質混亂行為的影響。我們可以準確計算出應該從黑洞合併中觀察到什麼，並使用觀測結果來檢驗這種對經典廣義相對論最強有力的應用。那些希望將愛因斯坦的相對論付諸東流的人應該對這一觀測結果感到特別高興。
接下來會發生什麼？高階 LIGO 仍需達到其完全設計靈敏度，這將使其能夠以比今天高三十倍的速度找到新的來源。具有完全靈敏度的 LIGO 執行五年可以進行詳細程度高一百倍的測量。相反，我們也應該能夠看到宇宙距離之外的來源，甚至可能確定愛因斯坦的宇宙學常數是否是我們解釋加速宇宙所需要的全部。
中子星雙星被認為與伽馬射線暴有關，並且這一假設很可能很快得到檢驗。更普遍的是，現在可以搜尋與引力波事件相關的電磁訊號，從無線電波長到伽馬射線能量，以及搜尋相關的微中微子爆發。正如 1995 年第一個系外行星宣佈後發生的那樣，我們可能會迎來一連串的驚喜。也許黑洞雙星，與預期相反，將被電磁探測到！
類似 LIGO 的干涉儀已經在歐洲和日本開始執行，我們希望也能在印度和南半球啟動。結合這些設施可以提高靈敏度，並應能夠準確定位來源。這些設施的完成和升級肯定會得到高度優先考慮。
還有其他三種探測引力輻射的方法正在研究中。週期在分鐘範圍內的波應該可以透過一個名為 LISA 的擬議天基幹涉儀看到。一個重要的可行性測試——LISA 探路者——目前正在太空中演示關鍵技術，而比最初提出的任務更簡單但靈敏度更低的實現方案（該任務已推遲到 2030 年代）正在研究中。
週期約為年的波，預計來自星系核中的大質量黑洞雙星，正在使用國際脈衝星計時陣列進行搜尋，並且已經設定了這些來源的組合訊號的重要限制。第三，使用新一代射電望遠鏡，將在著名的微波背景“B 模式”中尋找來自暴脹時期的、週期為一百億年的波的證據。今天宣佈的訊息可能會推動所有這些方法。
那麼，祝賀 LIGO 團隊——現在有一千人——並祝願他們在美好的發現基礎上再接再厲，這體現了一些有價值的真理：宇宙仍然可以用意想不到的發現給我們帶來驚喜和快樂，大型科學的未來是國際化的，科學的膽識，當與技能和耐心相結合時，可以獲得回報。