探测宇宙时空波动的工具——激光干涉仪

对于神秘的宇宙，人们想要了解的更多，无论是理论还是实验都让人们离宇宙更近。在爱因斯坦的广义相对论中，对引力波进行了描述，而目前科学家可正在积极探测宇宙中的引力波。引力波是时空曲率的扰动以行进波的形式向外传递。引力辐射指的是这些波从星体或星系中辐射出来的现象。

如何对这些引力波进行探测呢？这是比较困难的，因为引力波到达地球的时候已经十分微弱了，很难被探测到。目前科学家借助激光干涉仪来对时空结构中的波动来进行探测，如著名的美国激光干涉引力波观测站LIGO以及德国引力波探测器GEO 600等，都是类似的探测引力波的仪器设备。它们测量两条激光束相遇的时候所形成的干涉图样的变化来探测引力波，当引力波穿过时激光束的传播距离会相应变化。

激光干涉仪一般又两条互相垂直的长臂组成，长臂的两端挂有两面高反射率的镜子，激光打入到仪器长臂后，从而激光束在镜子之间来回反射。在这个过程中，光程差会引起仅有质子直径大小的微小变化，对这中微小变化进行探测从而对引力波进行检测。

对引力波进行检测需要极其严苛的条件，包括隔离真空、隔离振动等，以免外部环境以及设备本身引起的振动为检测带来干扰。同时为了最大限度是减小误差，引力波监测需要多个装着相同探测装置的地面站同时进行工作，同时接收同样的信号，才能避免地面信号源干扰，提升探测的精度。

美国的LIGO拥有两套干涉仪，一套安放在路易斯安娜州的李文斯顿，另一套在华盛顿州的汉福，共同构成了一个观测所。真正的引力波信号会被两台干涉仪同时记录，科学家可以对二个地点所记录的数据进行比较得知哪个信号是噪声。

此外，美国费米国家实验室的科学家们还开始打造一个“全息干涉仪”，将探测深入到“普朗克长度”，以便更进一步观察宇宙的时空结构及这一结构中的波动——引力波。“全息干涉仪”是利用全息照相的方法来进行干涉计量，其与一般光学干涉检测方法很相似，但获得相干光的方式不同。光学干涉检测方法获得相干光的方式，一般是将同一束光的振幅分为两个部分，但全息干涉计量术则是将同一束光在不同时间的波前来进行干涉，可以看作是一种波前的时间分割法。这就使相干光束由同一光学系统所产生，可以消除系统误差。

对引力波的探测不仅可以进一步验证广义相对论的正确性，而且将为人类展现出一幅全新的物质世界图景，茫茫宇宙，只要有物质，到处有引力辐射。人们将会更加了解宇宙的起源和未来的发展。