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假如我是環保科學家

我躺在床上，一會兒就睡著了，我睡呀，睡呀。突然，我到了另一個世界，我戴著隱形眼鏡，耳朵上夾著一支筆，手裡拿著一臺掌上電腦，西服上還印著：環保科學家。突然，起風了，頓時垃圾滿天，無數垃圾向我飛來，壓在我身上。我十分害怕，一下子驚醒了，想：剛才好可怕，假如我是環保科學家，我會怎麼做呢?

假如我是環保科學家，我要先將垃圾清除掉。我花了十天十夜工夫，終於發明了垃圾天敵——垃圾加工機，這種機器是全自動的，並且速度特別快，它一碰到垃圾，就把可回收的迅速回收，把不可回收的一口吃掉。你可能會說：“那多髒啊!”告訴你吧，垃圾是它的食物，它每吃十噸垃圾，速度便增加一倍。

假如我是環保科學家，我要將空氣變得清新。我又花了九天九夜的工夫造出了空氣清新劑噴射器，它也是全自動化的，只要感覺到什麼地方空氣被汙染了，就立刻噴起來，你可別小看空氣清新劑，只要被它噴過的地方，空氣便長久清新。

假如我是環保科學家，我會讓一年四季都花紅草綠，樹木茂盛，我又花了十天十夜造出了不死樹和不死花草。這都是我研製出的防腐劑五的功勞，只要把它往花草樹木上一撒，這些花草樹木就能長久生存。

我想看到人們的笑容，這不算多難，只要我盡力保護環境，長大真成為環保科學家，我相信遐想一定會變成現實，環境一定會變得更美好!

一、激動人心的時刻

北京時間2015年9月14日17點50分45秒，鐳射干涉儀引力波天文臺(以下簡稱LIGO)分別位於美國路易斯安那州的利文斯頓(Livingston)和華盛頓州的漢福德(Hanford )的兩個的探測器，觀測到了一次置信度高達5.1倍標準差的引力波事件：GW150914。

根據LIGO的資料，該引力波事件發生於距離地球十幾億光年之外的一個遙遠星系中。兩個分別為36和29太陽質量的黑洞，併合為62太陽質量黑洞，雙黑洞併合最後時刻所輻射的引力波的峰值強度比整個可觀測宇宙的電磁輻射強度還要高十倍以上。這是人類第一次用儀器觀測到引力波的存在。

這項非凡的發現標誌著天文學已經進入新的時代，人類從此打開了一扇觀測宇宙的全新視窗。這是因為引力波有兩個非常重要而且比較獨特的性質。第一：不需要任何物質存在於引力波源周圍。第二：引力波能夠幾乎不受阻擋的穿過行進途中的'天體。這兩個特徵允許引力波攜帶有更多的之前從未被觀測過的天文現象資訊，為人類探索暴脹宇宙模型進行直接驗證。

二、引力波的發現歷史

引力波是愛因斯坦在1916年提出的廣義相對論中的一個預言，這一次引力波的探測，有力地支援了相對論在強引力場下的正確性。至此，廣義相對論的所有主要預言被一一驗證。

引力波是非常弱的一種訊號，弱到連愛因斯坦本人都曾懷疑能否建造足夠靈敏的探測器探測到它，因此，探測引力波很長一段時間內被視為“不可能完成的任務”。由於引力波產生的效應很小，如果不主動去除外界干擾，不可能從“背景波動”中分辨出引力波訊號。地震波、火車噪聲、觀測裝置本身的極微小活動等都會構成干擾。所以對它進行的幾十年的探測充滿艱辛。

引力波探測第一人——韋伯

第一個對直接探測引力波作偉大嘗試的人是韋伯(Joseph Weber)。在上世紀50年代，他第一個充滿遠見地認識到，探測引力波並不是沒有可能。從1957年到1959年，韋伯全身心投入在引力波探測方案的設計中。最終，韋伯選擇了一根長2米，直徑0.5米，重約1噸的圓柱形鋁棒，被業內稱為共振棒探測器。

韋伯和他設計的共振棒探測器

引力波經過圓柱體時，引力波會迫使圓柱在不同方向上不斷地拉伸和壓縮。這會在圓柱體內產生微弱的壓力，而通過精密的壓電感應器，就可以把這個壓力改變靈敏地測量出來。更為巧妙地是，如果引力波的頻率恰好和圓柱體本身的特徵頻率相符，就會引起共振，從而可以測量微弱得多的訊號。

1969年，韋伯發表論文宣稱，他探測到了引力波訊號，稍後，他報告了更多的探測結果。這個訊息立刻引發了一大波科學家的熱議，許多人也開始搭建自己的共振棒探測器，試圖重複韋伯的實驗。然而，上世紀70年代的大量觀測顯示，即使有著比韋伯更精密的儀器，在排除噪音干擾以後，連一個引力波事件都沒有探測到。這表明，韋伯之前的所謂觀測結果，很有可能只是來自地面的噪聲。

雖然韋伯的發現在隨後引來了一系列質疑，沒有真實的探測也讓人無比沮喪，但對引力波的熱情已經點燃。

引力波存在的間接證據——脈衝雙星

在過去的六十年裡，有許多物理學家和天文學家為證明引力波的存在做出了無數努力。其中最著名的要數引力波存在的間接實驗證據——脈衝雙星 PSR1913+16。1974年，美國麻省大學的物理學家家泰勒(Joseph Taylor)教授和他的學生赫爾斯(Russell Hulse)利用美國的308米射電望遠鏡，發現了由兩顆質量大致與太陽相當的中子星組成的相互旋繞的雙星系統。由於兩顆中子星的其中一顆是脈衝星，利用它的精確的週期性射電脈衝訊號，我們可以無比精準地知道兩顆緻密星體在繞其質心公轉時他們軌道的半長軸以及週期。根據廣義相對論，當兩個緻密星體近距離彼此繞旋時，該體系會產生引力輻射。輻射出的引力波帶走能量，所以系統總能量會越來越少，軌道半徑和週期也會變短。

泰勒和他的同行在之後的30年時間裡面對PSR1913+16做了持續觀測，觀測結果精確地按廣義相對論所預測的那樣：週期變化率為每年減少76.5微秒，半長軸每年縮短3.5米。廣義相對論甚至還可以預言這個雙星系統將在3億年後合併。這是人類第一次得到引力波存在的間接證據，是對廣義相對論引力理論的一項重要驗證。泰勒和赫爾斯因此榮獲1993年諾貝爾物理學獎。

引力波探測器的升級版——鐳射干涉儀

在韋伯設計建造共振棒的同時期，有部分物理學家認識到了共振棒的侷限性，有一種基於邁克爾遜干涉儀原理的引力波探測方案在那個時代被提出。到了70年代，麻省理工學院的韋斯(Rainer Weiss)以及馬里布休斯實驗室的佛瓦德(Robert Forward)，分別建造了引力波鐳射干涉儀。到了70年代後期，這些干涉儀已經成為共振棒探測器的重要替代者。

引力波鐳射干涉儀的工作原理

想要成功探測引力波，不僅需要這些探測器具有驚人的探測靈敏度，還需要將真正來自於引力波源的訊號與儀器噪聲分離：例如由環境因素或者儀器本身導致的微擾，都會擾亂或者輕易淹沒我們所要尋找的訊號。這也是為什麼需要建造多個探測器的主要原因。它們幫助我們區分引力波和儀器環境噪聲，只有真正的引力波訊號會出現在兩個或者兩個以上的探測器中。

20世紀90年代起，在世界各地，一些大型鐳射干涉儀引力波探測器開始籌建，引力波探測黃金時代就此拉開了序幕。