2016邵逸夫天文學獎平均頒予羅奈爾特.德雷弗 (Ronald W P Drever)基普.索恩 (Kip S Thorne)雷納.韋斯 (Rainer Weiss),以表彰他們對「激光干涉儀重力波觀測站」LIGO 的構思和設計。LIGO最近首次直接觀測到重力波,為天文探索開創了一個新方法。而首先偵測到的非凡事例為兩個星級質量的黑洞合併。

這發現於2016年公佈[1],被譽為天文學上最有意義的發現之一,其重要性可從多個不同的角度觀看。簡而言之,以前只能通過電磁 輻射或高能粒子觀察宇宙,現在LIGO卻提供了第三個方法。因此,LIGO創建了一個全新的天文學分支,在完全缺乏其他天文信號的 情況下,都能讓我們觀察和研究天文現象。這項新方法有著革命性的影響,猶如射電天文學當年出現,脈衝星和類星體才跟著被發現。

LIGO直接觀測重力輻射的存在,驗證了廣義相對論的一項基本 預測。認為這種重力波應該存在,一般論據是基於因果律,而如今LIGO發現了重力波,證明這種基本預期是正確的,令人深感滿意。然而,LIGO探測重力波的最重要意義並不在於證實時空會呈現 微弱波動,因為通過雙星系統內脈衝星軌道所呈現的衰減,這早已經間接被證實。真正重要的是所測獲的重力波源於強力和劇變 的引力體系,而這個領域,正好能夠展示黑洞的特性。

自從在1960年代發現類星體,黑洞一直是天文學界討論的一個課題,但幾乎所有對黑洞存在的論據都是間接的。在X射線雙星,或是在星系的中心,我們看到質量巨大而又緊致的物體,除了黑洞以外,它們在標準的相對論引力理論中無從解釋。不過,不同的重力學說可能會改變這個結論,例如提高中子星的質量極限;但由於沒有直接探查 廣義相對論的有關特徵,譬如視界,便無法說明黑洞的存在。如果 能證明視界存在,將會是向前邁進一大步。(一些硏究計劃,例如發展視界望遠鏡,便定此為目標。) 但是LIGO已經成功說明黑洞的存在;再者,它不僅探測到在強大引力下的時空結構,並且能觀察其動態的演變。其間發出的信號,正如預期中一對黑洞合併的信號,甚至在最終形成單一黑洞的過程中,視界的響鈴振動細節,都精確地與數值和分析計算所得的預測吻合,這一切都推動相對論引力的驗證進入一個嶄新的時代。

LIGO用了超過四十年的時間,集合許多科學家們的努力,才取得現在的成就,或許這是此工作最令人欽佩的特點。一直以來,LIGO計劃總是緊密地恪守著於1989年提交給美國國家自然科學基金會 建議書中的構思進行。德雷弗和韋斯是實驗物理學家,他們的風格 迥異。前者較憑直覺工作,後者則比較著重分析。索恩是理論物理 學家,專注相對論。LIGO的運作需要龐大的團隊。有幸歷屆的項目主任皆能領導LIGO前進,遂步克服困難,提高儀器靈敏度,才能夠探測到巨大物體高速運動時產生的非線性時空漣漪,如此大團隊的協作成就,也許只有於2012年在歐洲核子研究中心發現 希格斯玻色子可以相提並論。
 
[1] B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), “Observation of gravitational waves from a binary black hole merger”, Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).


邵逸夫天文學獎遴選委員會
(譯自英文原稿)


2016年5月31日  香港