【黑洞】相距4公里的两面镜子窥视到黑洞合并！人类最精密的机器就此诞生 |技术|地球|2019未来科学大奖|

由于引力波的影响微乎其微， LIGO观测站为了提高探测引力波的灵敏度，需要增加每个激光束合成以前通过长臂的次数。但这个办法也存在一些技术漏洞。例如， LIGO引力波探测仪灵敏度之高导致其很容易吸收光束中的空气分子。
2015年，激光干涉引力波观测站LIGO首次观测到黑洞的合并现象，同时科学家还发现这一现象发生的同时，还产生巨大的引力波释放，能量竟为太阳质量的3倍。引力波不会对周围的物质产生任何大的影响，也就是说我们要离整个黑洞合并现象非常近才有可能感受到引力波的存在。因此，科学家很难成功观测到距离地球数百万光年的黑洞合并释放出的引力波。

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LIGO观测站测量位移的设备是一对距离4千米的镜子，假设引力波足够强大并且被LIGO观测站捕捉到，那么记录下来的反射镜位移量也仅占一个质子宽度的千分之几，堪称人类最精密的机器，就此诞生！作为时空内泛起的涟漪，科学家之所以有可能探测到引力波是因为，它经过物体时会留下痕迹，例如造成构成物体的粒子产生些许位移。
对此， LIGO观测站一般采用的是激光干涉仪测量设备。光和波的特性相似，当重叠在一起的时候会发生合并现象。如果是同相位的光，就会成为很亮的激光，而如果光无法同步，就会变暗甚至消失。 LIGO观测站要做的事是在一开始就把同相位的光分开，其中一束光通过LIGO的一个长臂，另一束则通过另一个长臂，每个长臂达4千米。然后光束再从反射镜反射成一束光，这束光最终会被科学家尽收眼底。 LIGO观测站两面反射镜的距离会影响合成光束的亮度。

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由于引力波的影响微乎其微， LIGO观测站为了提高探测引力波的灵敏度，需要增加每个激光束合成以前通过长臂的次数。但这个办法也存在一些技术漏洞。例如， LIGO引力波探测仪灵敏度之高导致其很容易吸收光束中的空气分子。真空区的气压远远低于地球大气层的气压与星系际空间。在LIGO真空系统下，镜子的位移仅通过重力实现。一切布置都近乎完美，以至于科学家发现，就算在这种完美的隔离环境下， LIGO探测仪还是容易受到真空中量子噪音的干扰。德国物理学家海森堡曾发表量子力学的不确定性原理，从此量子系统因这一特性闻名。这个原理在真空环境下也不例外。在真空中，也会出现量子涨落现象，从而引发光束相位的偏差。就好比在大海中行驶的一支船队，面对汹涌的海浪是很难聚集到一起的。在量子力学的不确定原理中，一个量越确定，另一个量就越不确定。换言之，科学家可以提高光亮度的不确定性，以确保激光光束的同相位。这就是所谓的量子压缩光技术。

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【【黑洞】相距4公里的两面镜子窥视到黑洞合并！人类最精密的机器就此诞生】由镜子和特殊晶体构成的光参量振荡器是实现这一技术的主要设备。该设备内的晶体和光接触的时候，可以将光相位改变幅度降到最低。随之产生的是光振幅变大，不过这个不是探测重点。通过量子压缩光技术的升级， LIGO观测站将大大提高其探测灵敏度。从此以后，科学家不仅能更接近已探测到的黑洞合并现象，还可以发现曾经无法探测到的新黑洞合并现象。