互动科普

捕捉神秘的引力波

为了探测引力波，物理学家费时8年耗资3．65亿美元建造了一座全新的天文观测站。但是它能管用吗?科学家通过试运行对它进行了试验。

W．Wayt．Gibbs

华盛顿州汉福德市与路易斯安那州利文斯敦市——Frederick J．Raab站在LIGO汉福德观测站中央附近的一座土丘上，正用双筒望远镜向远处观望，一月的瑟瑟寒风令他打了个冷战。他的目光沿着一条笔直的混凝土隧道向北望去，凝视着北边4公里外的一座建筑，那建筑正是观测站的一端。稍后Raab就地转过90度向西观望。越过一片艾草丛生的沙漠，他看到了一条一模一样的隧道和另一座也在4公里开外的建筑。Raab说，“我们谈论‘锁定’穿越这两条隧道的激光束时，是指在这样长的距离上使光波的行进保持极其稳定，其误差必须小于一个原子的宽度。”

Raab主管着这个巨大的直尺状工程的建设。在40年来的引力波探寻中，该工程是号称规模最大，花钱最多，而且，如果设计者雄心勃勃的预想得以实现的话，也是灵敏度最高的一对引力波探测装置之一。这两座“时空计”既是直尺，又是时钟，它们的目标是把宇宙中最暴烈的事件—恒星爆发，黑洞碰撞，或许还有人们未曾想象到的现象——在时空连续体中引起的扰动记录下来。当这类扰动以光速向外传播开来时，它们将交替地拉长和压缩空间，使自由漂浮于空间的物体之间的距离反复地扩大与收缩。不过，理论家们估计，这样的振动传播到地球时已极其微弱，以致它们所引起的距离的改变将小于10万亿亿分之一。

尽管LIGO采用了各种最尖端的技术，但现在尚不清楚它是否能够达到如此令人难以置信的灵敏度。宇宙中最为惊天动地的事件在传播了极其遥远的距离后，已经减弱为一种微不足道的呢喃，连我们最柔和的声响也能不费吹灰之力把它掩盖掉。Raab告诉我，“潮汐不仅能使海面涨落，也能使地球的地壳变形。”地球上的建筑物在潮汐力的作用下可转动三分之一毫米，比引力波所引起的位移要大1000亿倍。地球上发生的每一次6级以上的地震，附近公路上驶过的每一辆卡车的隆隆声，乃至隔壁实验室中计算机风扇的旋转，诸如此类的事件使地面晃动的幅度全都大于一个原子的宽度。Raab称，“甚至从头顶飞过的喷气客机的发动机噪声也会产生干扰。”

我们在控制室里静静地观看着，此时观测站的仪器正全力以赴地试图抵消各种噪声和干扰。为期18天的试运行始于2001年12月28日，现在已经过了14天，噪声看来占了上风。Raab使劲盯着投射到远侧墙壁屏幕上的若干幅图像。一条红色线不停地上下跳动着，显示出主探测器的状态一一它一会儿工作失常，一会儿稳定下来，但几分钟后又出了毛病。一条蓝色线一一它显示的是较小的质量控制探测器的状态一一干脆就完全拉平了。

在一次电话会议期间，物理学家H．Richard Gustafson与LIGO利文斯敦观测站的同事对仪器的毛病进行了诊断(利文斯敦观测站座落在路易斯安那州的边远森林地区)。参加这次讨论的还有GEO600观测站的主任(GEO600观测站是位于德国汉诺威附近的一座规模较小的类似探测装置)。“在汉福德观测站的那一夜可真是难熬，”Gustafson感叹道。他历数了研究人员遇到的种种麻烦，从电脑死机到电子仪器的噪声过大，等等。

路易斯安那州那边观测仪器的性能没有这么反复无常。整个夜间仪器的工作始终平稳。但到早上6点30分左右，距观测站仅几英里之遥的l2号州际公路上，早晨的车流量迅速增加，而威耶豪塞的伐木工人也开始砍伐附近的火矩松。受这些干扰的影响，利文斯敦观测站控制屏上的指示线开始拉平。GEO观测站仪器的臂较短(约600米)，对精度的要求也较低。该仪器90％以上的时间都在工作，在可靠性方面堪称典范。但是科学家需要所有3台仪器同时运行，而在两周的时间中，这3台仪器同时工作的最佳时段也仅仅持续了1个钟头多一点。

在LIGO和文斯敦观测站工作的Szabolcs Marka是来自匈牙利的一位博士后，今年32岁。他对于这次试运行迄今所取得的进展似乎心满意足。这是他主持的第5次试运行，也是最后一次。试运行结束后两台仪器将于今年5月开始进行昼夜不停的正常观测。Marka说，“我们仍将一如既往地随时准备解决任何冒出来的问题。”

LIGO的争论与期望

自从LIGO项目的奠基者——加州理工学院的Kip S．Thorne与Ronald Drever以及麻省理工学院的Rainerweiss——在1984年首次提出激光干涉仪引力波探测站的设想以来，人们普遍认为，如果没有工程绝技，这一设想不可能实现。卡的夫大学的社会学家Harry M．Collins一直在研究这个领域如何从冷门一跃而成为物理学大热门的。他指出，该项目一度曾遭到天文学家的强烈反对，原因之一就在于它令人瞠目的艰巨性。

Thorne回忆道：“我们的头两份项目申请书在接受美国国家科学基金会的审查时未能过关。1989年提出的第三份申请书经历了长达5年的极其广泛的评审。”一些大名鼎鼎的天文学家——特别是普林斯顿大学的Jeremiah P．Ostriker——对这一项目的造价之高非常反感(到1993年该项目的预算已攀升至2．5亿美元)。他们担心其他一些费用较低、风险较小的项目将会因此被挤掉。有关方面曾组织了一个特别专家小组来确定上世纪90年代美国天文学研究课题的轻重缓急，而该小组就把LIGO项目从他们心目中理想的清单中剔除出去了。新泽西州普林斯顿高级研究所的天体物理学家John Bahcall当时任该专家委员会主席，他回忆说，“此决定是整个委员会一致通过的。”国会起初为LIGO项目的申请开了绿灯，但直到1994年才同意拨出经费。

Thorne以及为LIGO项目摇旗呐喊的其他研究人员声称，引力波信号可望开辟整整一个全新的天文研究领域，因为引力波所携带的关于宇宙的信息是科学家用其他任何方法都搜集不到的。爱因斯坦在1918年就预测到这类难以捉摸的波的存在，并认为引力波是其广义相对论的一个必然推论。爱因斯坦提出了一个非常出色的观点——有质量的物体之间之所以存在我们称之为“重力”的吸引力，是因为这些物体宇宙的4维结构发生扭曲。如果一个大密度天体剧烈变化，它周围的空间就将抖动起来。

例如，当一颗巨大的恒星耗尽其燃料时，它将在一瞬间猛烈爆炸，发出比太阳亮100亿倍的闪光，这就是所谓超新星爆发。天文学家认为，爆发时恒星的外层将被抛入周围空间中，而其铁质核心则将内爆，其力量足以使它的所有电子与质子结合成中子及某些奇异粒子。在几分钟的时间内，一个如地球那样大的固态金属就迅速坍缩成一颗直径不到20公里的中子星。中子星的密度高得令人难以置信——在中子星表面上汤匙那样大的一团物质便有将近10亿吨重。科学家预测，一次稍微有点不对称的超新星爆炸所发出的引力能量脉冲到达地球的时间将比其闪光到达地球的时间早几分钟，而这一延迟使采用常规手段观测的天文学家有足够的时间把望远镜瞄准超新星。更重要的是，尽管新生的中子星本身极其微小，并且被一层炽热气体严密掩盖着，但天文学家还是能够通过引力波信号窥知中子星诞生过程的诸多细节。

LIGO不但要探测中子星的诞生，而且也要探测它寿终正寝的过程。绝大多数恒星都会绕着一颗伴星旋转，有时这样一个双星系统中的两颗恒星都会变成超新星，但仍然互相扭住对方不放。由于这两颗中子星使周围的空间结构产生扭曲，因此它们每绕着对方运行一圈便会丧失一部分能量。这样两颗中子星的轨道便一步一步地向内收缩，直到它们被撕得四分五裂并彼此合并在一起(有时形成一个黑洞)。在这一狂暴的探戈舞跳到快要结束时，两颗大质量的中子星每秒要绕着对方转几百圈，剧烈地拍打着它们周围的时空床单。这类双星系统发出的射电脉冲提供了迄今最令人信服的一一尽管是间接的——证据，证明了引力波的确是存在的。

然而，谁也说不准，受美国国家科学基金会之托管理LIGO项目的两个研究小组一一分别来自加州理工学院与麻省理工学院，是否能直接探测到引力波。Collins指出，“LIGO项目的奇异之处在于，至少从第一批具体实例来看，它是不能打包票的。”

幽灵般的引力波

问题并不在于引力波非常微弱。LIGO利文斯敦观测站的物理学家Gabriela I．Gonzalez说，“引力波中蕴含的能量大得令人吃惊。”他指出，假定在距地球6500万光年远的地方有两颗中子双星踏上了死亡之旅，那么在它们沿着螺旋形轨道奔向坟墓的最后一分钟内，它们释放的引力脉冲其能量是如此之强，以致“如果这一脉冲以可见光的形式到达地球，则它的亮度将超过满月的光辉。”

然而，光在撞上物体时其能量将全部被物体所吸收，而引力波则不同，它可以像幽灵般地穿过所遇到的物体，仅同后者发生很微弱的相互作用。对引力波来说，地球以及地球上的所有东西几乎是完全透明的。因此，即使是中子星在互相合并时所发出的极强信号也只能使LIGO观测站每一反射镜的中心产生区区几渺米的摆动(1渺米等于l0米)，而达到这样高的灵敏度正是LIGO这个项目的目标。

当LIGO探测站的一条臂增长，它的另一条臂将缩小。在两条臂内传播的激光其相位与频率将各自向着相反的方向移动。当来自两条臂的激光束迭加干一个参照激光束之后，它们的振动将是不同步的，由此产生的差拍经计算机分析处理后，能够揭示臂内时空曲率的变化。原则上这一名为“激光干涉术”的方法可以测量出远小于红外激光波长——甚至远小于原子核的直径——的距离变化【见上页下图】。

虽然LIGO的灵敏度目标堪称宏伟，但天文学家并没有因此而砰然心动。中子双星是相当罕见的；中子双星一命呜呼的过程虽然十分壮观，但却是转瞬即逝。天文学家估计，在距地球6500万光年的范围内，中子双星合并的事件平均每一万年只出现一次。因而Thorne指出，“尽管我们有可能观察到中子双星合并所释放出的引力波，但其可能性不是很大。”他认为，LIGO更有可能探测到黑洞的合并，这类合并事件的威力比中子双星的合并要强100倍。然而，理论家们对于在LIGO仪器的探测范围内黑洞合并事件发生的频度没有什么把握——有的估计每年发生10次，有的估计每一世纪仅发生一次，相差足足1000倍。

如果把探测范围扩展到3亿光年的距离上，那么探测到此类事件发生的可能性将增大，但是一次典型的事件只能使LIGO干涉仪臂的相对长度产生1／1022的变化。观测人员必须等到第二代LIGO干涉仪问世后才能探测出如此微小的振动。这一任务相当干探测出土星向太阳移动了一个氢原子的宽度那样微小的距离。

地球实在太不安份了

不可思议的测量精度已经够令人头疼的了，然而除此之外，LIGO的工程师还必须面对这样一个让他们望而生畏的事实：许许多多同超新星、中子星以及黑洞等毫不相关的因素也会使反射镜摆动。反射镜以及悬挂反射镜的金属丝内的分子无时无刻不在经历着随机的热振动。这类热噪声可能淹没频率在50到200赫之间的引力波信号。而在更高的频率上，一种名为“散粒噪声”的量子效应将对干涉仪产生极大的干扰(散粒效应的根源在于撞击干涉仪传感器的光子数每时每刻都在变化)。GEO仪器的设计者之一Norna Robertson解释说，“我们可以加大激光功率以增强信号，使它压过噪声。但是，如果激光过强，它将使反射镜产生不规则的摆动。”

不过眼下LIGO面临的最大麻烦还是在低频范围上，因为地球存在着永不停息的低频运动。Raab指出，“地面以100赫的频率不停地上下抖动着，其振幅约为10米。”他又说，“我们希望探测到10米的振动”，因为这一尺度是LIGO干涉仪臂长(4公里)的1／10左右。为了实现这一目标，“我们需要把地震噪声减小到1亿分之一。”

我们戴上护目镜，穿上鞋套，朝着装有激光器以及大部分探测仪传感器的房间走去。Raab打开了通向这个洞穴的房间的门后，立刻把讲话的声音降低到凑在耳边才能听清的程度。我也尽量蹑手蹑足地跟随他走进去。

Raab走向一个像倒立的面包车那样大的钢制真空室。地震的抖动必须经过一系列装置才能从地面传到反射镜内，而在这一过程中它的能量就基本上被这些装置所吸收了。首当其冲的是一块厚达1米的钢筋混凝土板，然后依次是剪式千斤顶、空气轴承、四层特制的粗弹簧、四块厚钢板(每块各在一个不同的频率上共振)，最后则是一个琴钢丝摆。Raab指出，“摆式悬挂使地震噪声减小了100倍，而各个隔离层又使地震噪声减小100万倍。”但是某些地面运动(例如目标的潮汐力引起的地面运动)仍然必须采用主动式减振装置来克服。例如，电脑控制的电磁铁可以通过粘在反射镜上的微型磁铁的推动作用而补偿这些地面运动。

然而有时候将外部噪声减小1亿倍都还不够。Raab说，“就在不久前苏门答腊发生了一次7级地震。这次地震使得我们的观测停了下来。”还曾出现过大风使得汉福德观测站的干涉仪的同步状态被破坏的事情。

并非所有的地震噪声都是天然的。俄勒冈大学的博士后Robert Schofield被指定为LIGO的专职噪声“侦探”。一天晚上他坐在控制站里，皱起眉头盯着探测器探测到的最新信号图。他说，“快看看这个峰，这是在2．3赫的位置上。这个峰太窄了，因此我先前一直没有注意到它。但在干涉仪所遇到的噪声中它占了20％”他匆匆扫视了设置在观测站周围的一组地震仪的读数，然后判断说上述噪声来自汉福德核废料储存专用区——UGO汉福德观测站周围的一个占地1400平方公里的放射性核废料堆场——Schofie1d快步走过走廊，顺手抓起一台地震仪和一台示波器，把它们塞进一辆面包车里。他驱车驶入该专用区几英里，然后开到路边并把他的仪器架设好。我们可以看到几英里外的东200段灯火辉煌，正在忙碌地进行某项夜间作业。但是我们不能再向前去看个究竟了，因为这个地区存放着许多装有钚废料的容器，由配备了冲锋枪的安全部队守卫着。Schofield调好地震仪，仔细监听了快有5分钟之久，但是地震仪没有显示出一丝2．3赫噪声的迹象。他后来告诉同事们说，“我认为那肯定是巨大的旋转机械在那边猛烈的捣弄着什么东西。”

幸好2赫附近的噪声并不构成一个迫在眉睫需要立即解决的问题。同其他一些即将竣工的巨型引力波观测站——包括德国的GEO、东京的TAMA以及意大利比萨附近的VIRGO——一样，LIGO的作用是监听从低至40赫到高至3000赫左右的引力波，碰巧就是人类听觉的频率范围。在控制室里，UGO的操作人员把一台扬声器放到干涉仪的传感器上，这台扬声器把干涉仪“听”到的东西播放出来。邻近的超新星爆发经扬声器放出来好像是一阵静电干扰声。而即将死于非命的中子星的呻吟开始时似乎是低声哀诉，然后迅速走高，构成一曲颇为悦耳的啁啾声。

噪声通常是发出嘶嘶的声音并噼啪作响，但偶尔也有某种可辨认出的声音溜了进来。Schofield解释说，“激光器工作台上有一只潜望镜，它把激光束抬高到合适的高度上。”形形色色的噪声可能使潜望镜晃动，从而导致穿过潜望镜的激光频率产生复杂的多普勒频移。他说，“如果有人在潜望镜附近谈话，那么你可以通过扬声器听到他的声音。”

让科学天翻地覆

因此，除了地震仪以外，LIGO的工程师还在该设施中安装了众多的传声器和磁强计，以及监测温度、压力及风速的各种传感器。来自大约5000个传感器通道的数据流将被同时记录下来。如果科学家觉得他们发现了引力波悄然现身的迹象，那么他们要做的第一件事就是赶快查看一个整个系统是否存在故障，或者是否有什么噪声混进了系统中。

在试运行的最后一天，Gonzalez递给探测站主任Mark Coles一张干涉仪输出的曲线图，那是当天早上记录下来的。该曲线上的一段隆起部分很像货真价实的信号，但其实并不是。Gonzlaez笑着说，“我们刚刚发明了一种装在出口道路上防止畜牲的速度计。”当过往货车的每根车轴碰到水平横梁时，引力波探测通道内便会出现一阵噪声。

Marka指出，比较两个或多个观测站的观测数据，也可以排除虚假信号。他说，“如果(汉福德和利文斯敦)两个观测站在相差超过几毫秒的时间内观察到形状相同的信号，而远在另一个大陆板块上并与一个不同的电网相连接的GEO观测站也发现了这个信号，那么我们几乎可以肯定地说，这个信号不可能是某个共同的噪声源所产生的虚假信号。”

但是为了消除人为噪声所能做的事情也就只有这么多了。利文斯敦观测站的人为噪声问题特别严重。Coles说，“每天有3列火车驶过，我们可以看得清清楚楚。工人们在附近拖运树木，午餐时间公路上车流量大增，所有这些都造成了很大干扰。”在这次试运行中，利文斯敦的探测仪只有62％的时间在联网工作(不包括短暂的中断)。整个试运行过程中所有3台LIGO干涉仪同时运行的时间只占l8％。

LIGO科学合作项目的发言人

Rainer Weiss承认，“我们知道，利文斯敦观测站存在着地面噪声的问题，而且这个问题还将越来越严重，因为周围的新社区正在不断扩展，逐步逼近该观测站。”该项目的负责人Barry Barish表示，目前正在研制一批新型的主动式隔离设施，将于明年安装使用。Weiss说，“这实在是不得已的事情，我们本来不希望这样做的。2006年引力波探测仪将升级为第二代(LIGOⅡ)，我们原先计划到那时再安装新的隔离装置。”LIGO仪器的升级将使美国国家科学基金会再耗费至少75万美元，而它迄今为止已向该项目投了3．65亿美元，并刚刚拨出1．65亿美元以供该项目今后5年之用。

然而，Weiss指出，即使LIGO系统被锁定并顺利运行，“我们离设计的灵敏度仍然差得很远一一目前的灵敏度必须提高1000倍才能达到预定的水平。我们希望到今年6月时把灵敏度提高至少l0倍。但在那之后的进展如何就只有天晓得了。”

始终同LIGO项目唱反调的

Ostriker对这种前景莫测的局面仍然耿耿于怀。他说，“我一直都相信探测引力波将有助于使我们洞悉用其他任何方法都不能获知的宇宙奥秘。话虽如此，我仍然要说UGO项目是一个无底洞，浪费了无数的钱，而这些资金本来是可以用在更有发展前途的项目上的。”

但是Thorne却不这么看。他声称，“每当一扇观测宇宙的新窗户打开之后，通过这扇窗户能发现些什么，理论家们的预测结果历来都是非常蹩脚的。早期的射电望远镜发现，它们接收到的信号比理论家们预期的强得多。当X射线的窗口在20世纪60年代打开以后，观测结果又给了理论家们一记闷棍。而当我们开始寻找来自太阳的中微子时，中微子的数量之少再次令我们大跌眼镜。从某种意义上说，打开引力波这扇观测窗口之后，我们对宇宙的看法将经历脱胎换骨的改造，其转变之彻底肯定将令以往历次进展相形见绌。”时空的波动尽管微弱，却有可能使科学天翻地覆。

光子在LIGO干涉仪中的旅程

为了弄清LIGO干涉仪的工作原理，我们试想象一下某个光子在穿越干涉仪时的经历(为简明起见，我们省略了某些细节。)此光子是由一个手提箱大小的激光器产生的，该激光器的功率相当于激光教鞭功率的2万倍。这个光子是红外光束中同步行进的数万亿个光子中的一员。

1、部分光束绕道进入一个变频装置，该装置把光转变为两个参照光束，其中一个光束的频率略高于主光束频率，而另一个光束的频率略低于主光束的频率。因此，在测试光束的旅程结束时，就有了进行比较的基准。从频率调制器出来后，光束重新合二为一，穿过一个石英窗并进入第一个真空室中。干涉仪的建造者煞费苦心地采取了各种措施来防止这粒光子被散射到其预定路径以外去。真空泵使真空室内的空气压力保持在一个大气压的万亿分之一以下。大小与直菜的盘子相仿、厚度约为10厘米的反射镜经过精密抛光，其表面不平度在16个原子以下。涂覆在光学器件上的反射膜层的厚度，其变化不超过两个原子。

2、光子随后进入由5块布置成一个狭窄三角形的反射镜所形成的回路中。这5块反射镜构成一个波模清理器，它实际上就是一个检查光束量的关卡：只有当该光子所在的那部分光束其形状和方向都合乎要求时，它才能继续前进。所有形状或方向不对的光都将通过一个孔淘汰掉。

3、然后光子穿越下一个真空室中的一块单向反射镜而几乎不会注意捌这块反射镜。此镜的作用是阻止光子掉过头来向激光器行进。它把光子捕集起来，从而使光束的功率增大了l6倍。

4、接下来光子就进入了分束镜。分束镜把光子流分成了相同的两束光。其中一束光子继续向前，进入干涉仪的两侧臂中。另外一束光则被反射进侧臂，同时它的相位也被颠倒了，也就是原来的波峰现在变成了波谷。这两股测试光束穿过内侧反射镜，进入4公里长的钢管中。但发生了频移的参照光束却被拒之门外。参照光束循着原路向分束镜行进，并在中央光学器件问循环，直至测试光束中的光子返回。

5、与此同时，我们的那粒光子及其倒相后的孪生光子沿着长长的干涉仪臂行进，并被干涉仪臂两端上的反射镜来回反射。反射镜表面上的原子处于不停的热振动状态中，但它们的运动是随机的，而光束将同时撞击数以万亿计的原子。因此，平均说来这些原子的热振动相互抵消了。这两粒孪生光子在各自的干涉仪臂内的内侧反射镜和终端反射镜之间来回反弹，这样反复约100次之后，再穿过内侧反射镜，行进到分束镜并重新会合在一起。分束镜又把它们向北送往暗孔。在正常情况下，这粒光子及其孪生光子的振荡正好相反，也就是一方的波峰与另一方面的波谷会合，它们将彼此抵消，因此暗孔仍然是暗的。

6、但是，如果在光子进行于干涉仪期间有引力波穿过仪器，那么引力波将使空间弯曲，拉长一侧的臂而压缩另一侧的臂。这样两束光复合时就可能是波峰与波峰相会，从而使暗孔被照亮。此外，重新会聚的光子还会与经过频率调制的参照光束结合。这时光就像弹出来稍微走调的音符一样产生拍击，随着引力波的经过而忽明忽暗。最终光子将撞击在一只光敏二极管上，被转化为可以探测到的电子信号，从而暴露了时空波动的踪迹。

——W．W．G

下一代探测仪

如果LIGO探测仪达到了它的设计灵敏度，那么它仍然只有中等的机会探测到引力波。不过，加州理工学院的物理学家KipS．Thorne指出，“我们的策略从一开始就是分两步走”：第一步是让探测仪运转起来，并逐步掌握它的可靠性；第二步才是使探测仪升级，用最先进的部件来保证轻而易举地探测到引力波。”

虽然这一项目的负责人尚未提出正式的项目申请，但他们对于自己心目中的方向已经大致有了谱。LIGO主任Barry Barish说，“该项目的造价估计在1亿美元左右，将于2006年前后动工，两年后建成。”激光器的功率将由10瓦增加到180瓦。现在用来悬挂光学装置的单圈钢丝将被固定在三级摆上的二氧化硅带所取代(这种三级摆目前正在德国的GEO600探测仪上接受检验)。此外，11公斤重的二氧化硅玻璃反射镜也将被50公斤重的蓝宝石晶体代替。

Barish估计，这些改进将使灵敏度提高20倍。Thorne指出，这将使该仪器“进入一种极端灵敏的状态，从而让人们有史以来第一次能够观测到人那么大的物体表现出的量子力学效应。”研究人员已经设计出了一些所谓量子非破坏技术，它们可以使测量精度达到海森堡测不准原理的允许精度的两倍。Barish说，如果这些设想全部得以实现，“我们能够搜索的空间体积将增加8000倍。”

日本研究人员也已经设计出了其TAMA干涉仪(臂长500米)的下一代升级型，不过项目经理古在由秀表示，升级工程“恐怕还要等好几年的时问才能弄到足够的经费”。这台名为“大规模低温引力波望远镜”的干涉仪的臂长为5公里，将建造在神冈矿井的地下深处。超冷却的蓝宝石反射镜(每块各重51公斤)，将使该干涉仪在探测频率低于40赫的引力波时，灵敏度达到与第二代LIGO相媲美的水平。

美国航空航天局(NASA)和欧洲空间局(ESA)正在设计一个规模更宏大的引力波探测站，名为LISA。该项目计划在2011年发射5颗携载激光器的卫星，这些卫星将构成一台臂长达500万公里——相当于月地距离的10倍以上——的干涉仪。当这些卫星围绕太阳作轨道运动时，它们彼此问的位置将保持不变，其定位精度高达1微米。LISA的灵敏度并不比第二代LIGO干涉仪高，但它能够探测到频率非常低的引力波，远远低于在抖动不已的地球上建造的任何探测器所能探测到的频率。

Thorne指出，“LISA最有可能观察到的现象，就是在极其遥远的星系中心的质量极大(相当于100万到10亿个太阳的质量)的黑洞的相互旋转运动。”麻省理工学院的Bainer Weiss则说，“LISA计划今天文学家全都激动不已。他们对于LISA将观察到黑洞事件信心十足。”然而，由于这个项目的成本可能超过5亿美元，Weiss预计“游说国会将比LIGO项目将比游说LIGO项目困难得多。”

——W．W．G

【胡绍平／译 曾少立／校】