本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
在日本，到處都可以找到儲物櫃，所以我自然而然地認為在東京的廣尾站也會有儲物櫃。當發現那裡沒有任何儲物櫃時，我感到有些震驚。它們的缺失不僅意味著我必須冒雨拖著我的行李箱，而且這似乎是一個不祥的預兆，因為我正前往一個會議，討論一項耗資數億美元的嘗試，以探測物理學家確信一定存在但尚未發現的東西。
一百年前，阿爾伯特·愛因斯坦預測，空間的結構應該會盪漾著波浪。他所描繪的宇宙就像一張緊繃的橡皮布，巨大的物體在上面形成彎曲的凹痕。重力是這些曲線的結果，迫使較輕的物體向更深嵌入的較重物體移動。隨著物體的移動，橡皮佈會彎曲以反映它們的新位置，從而在時空中產生向外傳播的引力波。這些波是對宇宙最秘密事件的探測，從坍縮的恆星內部到黑洞……或者，如果我們能夠探測到它們的話。
可以想象到的最強的引力波源之一是兩個黑洞的合併。然而，即使是這種罕見的事件，也只會使時空扭曲到足以在短時間內改變地球和太陽之間的距離，其寬度僅相當於一個氫原子。委婉地說，這使得探測成為一項嚴峻的挑戰。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
實現必要靈敏度的最佳希望之一是光。在一種稱為干涉測量的技術中，雷射束被分成兩束，將兩束光波傳送到幾公里長的垂直隧道中。光波從鏡子反射回來，回到同一位置並重新組合。新組合光束的強度取決於兩束光波中波峰和波谷的對齊方式（或相位）。這使得它對每束光波在重新組合之前傳播的距離非常敏感。
對於引力波探測，隧道的長度確保了一束波的波峰與第二束波的波谷相遇。這被稱為相消干涉，它完全消除了組合波的光。但是，當引力波經過時，它會扭曲隧道的長度，從而改變每束波傳播的距離。兩束光波的波峰和波谷不再完全對齊；光束不再相互抵消，從而產生訊號。
這項技術是美國探測器 LIGO 背後的原理。在 2005 年至 2010 年間執行的 3.5 年中，LIGO 沒有看到任何引力波。然而，它的靈敏度只足以探測到最強的波源，而這些波源在我們銀河系中是罕見的。在愛因斯坦做出預測一個世紀後，LIGO 進行了升級（現在稱為高階 LIGO），日本正在開設一個新的探測器。現在是開始行動的時候了。
神岡引力波探測器 (KAGRA) 埋藏在日本岐阜縣的池之山下 200 米處，即將首次開啟雷射器。在 2015 年諾貝爾物理學獎獲得者梶田隆章的領導下，KAGRA 的靈敏度應該可以探測到 7 億光年之外的引力波，比上一代探測器遠十倍。它的主要目標將是雙中子星；非常密集的恆星屍體，它們在圍繞彼此執行的軌道衰減時，以引力波的形式釋放能量。它的巨大範圍意味著它不受限於僅在我們自己的銀河系中發生的事件，因此 KAGRA 每年應該可以探測到多個引力波事件。
KAGRA 的地下位置最大限度地減少了來自不斷震動的日本的地震噪聲。周圍的片麻岩以其硬度而聞名，使山脈像一個單一的整體一樣，具有抗震性。KAGRA 的第二個新特點是低溫冷卻，使系統降至零下 253° 攝氏度（20 開爾文）的寒冷溫度，以抑制任何熱振動。
如此大規模的干涉儀是日本的一項新嘗試，在 2018 年全面執行之前，接下來的兩年將用於測試。雖然積極的探測將是一項不可思議的成就，但單個探測器無法確定引力波的來源。為此，KAGRA 將與高階 LIGO 和歐洲的另外兩個探測器一起形成全球網路。
但是，如果 KAGRA 什麼都沒看到呢？就像火車站的儲物櫃一樣，引力波可能會是預期的但不存在的嗎？這可能是最令人興奮的結果，因為它將暗示新的物理學。雖然引力波根本不存在的可能性不大，但它們的強度、頻率或波形可能與預測的不同。或者，產生強引力波的事件可能沒有我們想象的那麼充滿能量。
最後一個提示：Twitter 上流傳著一個謠言，說高階 LIGO 看到了一些訊號。LIGO 團隊尚未證實這一點，即使真的有訊號，也可能是插入探測器中的人工訊號，以確保資料分析管道正常工作。
無論如何，我們正在進入引力波搜尋的新時代，這將為我們提供對宇宙的新視角。