【儀表網(wǎng) 百科知識】這陣子熱的事件莫過于LIGO發(fā)現(xiàn)引力波了，很多人在茶余飯后都情不自禁地聊起來：你知道引力波嗎？你感覺到引力波了嗎？還有一些人則想得更遠——引力波對我的生活有什么用？中國人什么時候才能發(fā)現(xiàn)引力波啊！
當(dāng)然，中國的科學(xué)家并不是吃閑飯的。
2016年2月13日，中國科學(xué)院高能物理研究所發(fā)了條微博：“你知道嗎？目前，我國主要有兩大引力波探測項目：中科院高能所主導(dǎo)的‘阿里實驗計劃’和中山大學(xué)的‘天琴計劃’。一個是在地面上聆聽引力波的音符，一個是到太空去捕捉引力波的聲響。”
緊隨其后，2月16日，中國科學(xué)院舉行“空間引力波探測與研究”媒體見面會，正式公布“太極計劃”。
有圖為證：“太極計劃”媒體見面會現(xiàn)場
蝌蚪君/攝
“太極計劃”的負責(zé)人：
微重力科學(xué)專家、中國科學(xué)院院士胡文瑞
中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院大學(xué)副校長、中國科學(xué)院卡弗里理論物理研究所所長吳岳良。
蝌蚪君/攝
好嘛，阿里計劃、天琴計劃、太極計劃——一出就出仨。
Q1：既然都是引力波探測計劃，這仨有什么不一樣呢？
先來看個表格。
| 探測計劃 | 太極計劃 | 天琴計劃 | 阿里計劃 |
| 項目類別 | 空間探測計劃 | 空間探測計劃 | 地面探測計劃 |
| 主導(dǎo)單位 | 中科院 | 中山大學(xué) | 中科院高能所 |
| 探測頻段 | 中低頻 | 中低頻 | 低頻 |
| 實施方案 | 中歐合作的合作計劃，方案I是參加歐洲空間局的eLISA雙邊合作計劃。方案II就是發(fā)射一組中國的引力波探測衛(wèi)星組，與2035年左右發(fā)射的eLISA衛(wèi)星組同時邀游太空，進行低頻引力波探測。方案II擬于2033年前后發(fā)射，實現(xiàn)中國大型先進科學(xué)衛(wèi)星計劃的突破。 | 計劃用20年時間，通過四個階段實施，完成所有空間引力波探測所需的關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)射三顆地球高軌衛(wèi)星進行引力波探測。 | 利用阿里地區(qū)獨特的地理氣象條件，實現(xiàn)對北半球可見天區(qū)的原初引力波搜尋，是我國優(yōu)勢的引力波研究項目。主要使用一臺微波波段的望遠鏡，通過極其敏感的探測元器件，排除地球大氣和銀河系的干擾，搜尋從137億年前跨越整個宇宙?zhèn)鞑サ降厍虻挠钪嫖⒉ū尘拜椛洹?/div> |
| 投資預(yù)算 | 未定 | 150億 | 1億 |
光看表格可能還不太明白，我們挨個八一八。
首先，名字不一樣。
當(dāng)然不是！這么大的探測項目，名字當(dāng)然不是隨便起的。“天琴”顧名思義，是天上的——空間引力波探測計劃，“阿里”則是扎根于中科院國家天文臺西藏阿里觀測站，是地面的——望遠鏡探測計劃——跟阿里巴巴沒有半毛錢關(guān)系！“太極”則是……額，這個不太能從字面看出來，不過你再瞅瞅LIGO的那個雙黑洞，似乎發(fā)現(xiàn)了什么……
事實上，“太極計劃”是科學(xué)家們剛給它取的小名，你可記得蝌蚪君曾經(jīng)提過——2008年，在中科院力學(xué)所國家微重力實驗室胡文瑞院士的推動下，中科院多個研究所及院外科研單位共同成立了科學(xué)院空間引力波探測工作組，開始探索中國空間引力波探測的可行性。這一項目被列入中科院空間科學(xué)2050年規(guī)劃。
沒錯！這個“科學(xué)院空間引力波探測工作組”就是“太極計劃”的前身，所以它也屬于天上的——空間引力波探測計劃。
小結(jié)一下，“天琴計劃”和“太極計劃”同屬空間引力波探測計劃，“阿里計劃”則是立足地面設(shè)備的探測計劃。
Q2：要找的都是引力波，有什么不一樣嗎？
既然是波，總要分大小，有高低。引力波更為特別，它的頻率很寬，低的只有億億分之一赫茲。
頻率低的是原初引力波，它的波長跟整個宇宙的尺度差不多大，所以只能通過對宇宙大爆炸后的光子場信號，即宇宙微波背景輻射來尋找它。——“阿里計劃”主要尋找的就是原初引力波。
“阿里計劃”使用的是一臺微波波段的望遠鏡，通過極其敏感的探測元器件，排除地球大氣和銀河系的干擾，搜尋從137億年前跨越整個宇宙?zhèn)鞑サ降厍虻挠钪嫖⒉ū尘拜椛洹Ｋ鼘ふ业氖且环N特殊的偏振信號，稱之為B模式。
要做到這點也不容易，望遠鏡為了盡量避開環(huán)境和大氣的干擾，放在海拔5100多米的西藏阿里地區(qū)獅泉河附近的山頂。大氣越稀薄、水汽含量越少，干擾就越小，才越有希望看清原初引力波留下的痕跡。這里海拔高、云量少、水汽低、透明度高，觀測條件堪比美國南極科考站。
其次是大質(zhì)量黑洞并合時發(fā)出的引力波，對應(yīng)頻率在百萬分之一赫茲到億分之一赫茲之間。這種事件往往發(fā)生在星系與星系相撞的后期。科學(xué)家往往利用校準后的毫秒脈沖星，作為校準光源，在地面上用大型地面射電望遠鏡作為探測器，來觀測這種引力波。
需要注意的是，這些都屬于低頻引力波。
中頻波段的引力波源主要是中等質(zhì)量的致密雙星（黑洞、中子星、白矮星），以及宇宙大爆炸早期（10-34秒以后）產(chǎn)生的引力波。
致力于空間探測的“太極”和“天琴”都是針對中低頻段的引力波。
而LIGO此次發(fā)現(xiàn)的引力波，屬于高頻引力波。而且，所有的地面探測局限于臂長，再長也突破不了高頻范圍，只能觀測小質(zhì)量黑洞并合發(fā)出的引力波。
所以，當(dāng)我們還在擔(dān)心“LIGO都發(fā)現(xiàn)了引力波中國還有啥比高頻更加豐富，可研究的問題更多——如果低頻能做成功，那就不是一個諾獎了！
所以，LIGO的發(fā)現(xiàn)就相當(dāng)于交響曲的序曲，證實了引力波的存在，可是主調(diào)還在后面呢！
而且，學(xué)如逆水行舟，不進則退。人家歪果仁都搞明白的事情，你不研究你就落后了。
那么，悄悄地說，我們離水平還差多遠？
舉個例子，引力波探測關(guān)鍵的核心技術(shù)就是地球微重力測量，中國能達到的微重力水平才-6、-8，而上星的話需要-11~-12，我們要學(xué)的還太多。
但是，千萬不要氣餒！
因為我們的差距已經(jīng)在縮小了。以歐航局搞的eLISA為例，同樣是空間引力波探測項目，同樣是三顆衛(wèi)星計劃，雖然我們目前不能全面的達到eLISA水平，但是局部已經(jīng)可以滿足，比如eLISA所需要的望遠鏡，完全可以中國造。但要造中國自己的探測器，至少還要20年。
所以“太極計劃”做了兩手準備——
A、中國作為主要參與方，加入歐航局的eLISA計劃；
B、不加入eLISA，中國自己發(fā)衛(wèi)星搞探測。
選擇A方案我們可以從合作中學(xué)到更多，成功率更大；
選擇B方案就是堅持“madeinChina”，成功率不好說。
話說回來，地有多大產(chǎn)，還要看預(yù)算。LIGO靠的是美國國家科學(xué)基金會的長年支持，歐洲的研究也已經(jīng)二三十年了，中國的空間科學(xué)還是很薄弱。就像我們教育孩子一樣，引力波探測也是一個逐步建立知識體系的過程。
如何能在基礎(chǔ)研究上保證可持續(xù)呢？必須得花錢。
科學(xué)家們已經(jīng)表態(tài)了，我們要體諒國家困難，一步一步的來。但是這一步，必須要走。
后一個問題，是大家關(guān)心的。
引力波會對我們的生活有什么影響？
這一點，科學(xué)家們也可以負責(zé)任的告訴你：目前而言，主要靠幻想。
以前人類的視野可能局限于微觀世界，引力波可以讓我們對宏觀世界有更多了解。
就像我們丈量世界的尺子一樣，以前是米、微米（100萬分之一米），后來是納米（10億分之一米），今后是皮米（10000億分之一米），引力波就是推動皮米探測技術(shù)。這項技術(shù)所產(chǎn)生的影響不可估量。如果有一天，人類真要星際穿越，那引力波就可以幫助我們，在浩瀚的宇宙中看清前路，看得更遠。
