為了理解引力波的探測和破譯可能帶來的革命，讓我們先仔細回憶以前的一次革命：由X射線和射電望遠鏡的進步產生的革命（第8，9章）。
在射電天文學和X射線天文學來臨前的30年代，我們的宇宙知識幾乎全部來自光。光看到的是一個安寧沉寂的宇宙，充滿了恆星和在軌道上平穩運行的行星。它們平穩地發著光，過數百萬或者數十億年才會發現它們的變化。
50、60和70年代的射電波和X射線的觀測打破了這種平靜的宇宙觀，我們看到了一個劇烈活動的宇宙：從星系核噴射出氣流，類星體閃耀著比銀河系還亮的光，脈衝星射出以光速旋轉的強烈輻射束……光學望遠鏡看到的最亮天體是太陽、行星和少數鄰近的寧靜恆星。射電望遠鏡看到的最亮天體是遙遠星系中心的猛烈爆炸（能量可能來自巨黑洞）。X射線望遠鏡看到的最亮天體是從伴星吸積熱氣體的小黑洞和中子星。
射電波和X射線是因為什麼而產生那麼壯觀的革命呢？關鍵是，它們給我們帶來了比光更多的不同類型的信息。光的波長只有半微米，主要是留在恆星和行星大氣中的熱原子發出的，所以它為我們帶來了關於這些星體的大氣的信息。無線電波的波長長1 000萬倍，主要是在磁場中近光速螺旋運動的電子發出的，於是，它向我們坦白了星系核射出的磁化噴流，吞沒噴流的巨大的星系間的磁化射電葉，以及脈衝星的磁化輻射束。X射線的波長比光短1 000倍，大多數是被吸積到黑洞和中子星的超高熱氣體中的高速電子發出的，因此它直接反映了黑洞和中子星吸積氣體的情況。
一方面是光，另一方面是射電波和X射線，不過，它們之間的差別同現代天文學的電磁波（光、無線電波、紅外線、紫外線、X射線和γ射線）和引力波之間的差別比起來，就是小巫見大巫了。相應地，與射電波和X射線相比，引力波將為我們的宇宙認識帶來更大的革命。電磁波與引力波之間的差別，主要是以下這些：1
·產生引力波最強烈的應該是時空曲率的大尺度相干振蕩（例如，兩個黑洞的碰撞和結合）以及大量物質大規模的相干運動（例如，觸發超新星的恆星核的坍縮或相互圍繞的兩顆中子星的螺旋式碰撞和結合）。因此引力波應該向我們展現大曲率大質量的運動。相反，宇宙電磁波通常是單個分離的原子和電子分別發出的，這些以稍微不同的方式振蕩的電磁波彼此疊加到一起而形成天文學家觀測的波，結果，我們從電磁波得到的主要是發射原子和電子所經歷的溫度、密度和磁場。
·產生引力波最強的空間區域引力也很強大，在那裡，牛頓的描述失敗了，應該以愛因斯坦的描述來代替；在那裡，大量的物質或時空曲率都近光速地運動、振動或盤旋。例如，宇宙的大爆炸起源、黑洞的碰撞、超新星爆發中心新生中子星的脈衝。由於強引力區域周圍通常是厚厚的能吸引電磁波（但不能吸收引力波）的物質層，這些區域不能向我們發射電磁波。相反，天文學家看到的電磁波幾乎完全來自弱引力、低速度的區域，如恆星和超新星的表面。
這些差別告訴我們，我們可能用引力波探測器來研究的物體，是不可能通過可見光、無線電波和X射線發現的；而天文學家現在用光、無線電波和X射線研究的物體，它們的引力波也是很難看到的。這樣，引力的宇宙和電磁的宇宙看起來會截然不同。我們要從引力波得到的東西不可能從電磁波得到。這也就是為什麼引力波可能變革我們對宇宙的認識。
有人會說，現在我們在電磁波基礎上對宇宙的認識，比30年代的光學認識要完整得多，將來的引力波革命可能還遠不如無線電波和X射線革命這樣壯觀。我看不是這樣。想起對來到地球的引力波的可憐的估計現狀，我就痛苦地感到，我們的認識還差得太遠。除了雙星和它們的結合以外，對我們考慮過的每一類型的引力波源，不論是這些源的波在離地球一定距離的強度，還是那類源發生的頻率（這樣也就包括我們到最近源的距離），都存在10的若干次方的不確定性，甚至這些源是否存在也都說不定。
引力波探測器的規劃和設計常因這些不確定性而失敗，這是令人洩氣的；但另一方面，當最終發現並認識了引力波的時候，它可能給我們帶來巨大的驚奇。
1976年，我還沒有對棒探測器感到悲觀，反倒是非常樂觀。那時，第一代棒探測器剛有結果，靈敏度比人們預料的好得多；布拉金斯基等人為將來的巨大改進提出了許多靈活而有希望的思想；而我和一些人才剛認識到引力波可能會變革我們對宇宙的認識。
11月的一天晚上，我漫步在帕薩迪納街頭，夜已經很深了，但我心裡充滿了熱情和希望。我在想，是不是該建議加州理工學院設一個引力波探測計劃，它的好處是顯然的：從一般科學說，如果計劃成功了，會帶來巨大的精神財富；從學院說，這是佔領一個激動人心的新領域的好機會；從我個人說，我可能在自己的學校擁有一個實驗家小組，我可以同他們交流，而不再靠地球另一端的布拉金斯基和他的小組了；另外，我可能比往來莫斯科發揮更重要的作用（從而也有更多的樂趣）。但不利因素也是顯然的：計劃很冒險；為了計劃成功，需要學院和美國國家科學基金的大量投入，需要我和其他人付出很多時間和精力；而且，所有這些付出仍然可能失敗。這比學院在23年前進入射電天文學的風險要大得多（第9章）。
我獨自想了好幾個小時，還是沒擋住成功的誘惑。經過幾個月的風險評估和成果分析，加州理工學院物理學和天文學系及行政部門一致通過了我的建議——但有兩個條件。我們得找一位傑出的實驗物理學家來領導這一項目，而且項目要大、要強，以提高成功的機會。就是說，同韋伯在馬裡蘭大學和布拉金斯基在莫斯科以及其他那時正在進行的引力波工作相比，我們需要付出更多更大的努力。
第一步是找領導者。我飛到莫斯科去徵求布拉金斯基的意見，也想看看他是不是願意來。我的話令他心亂了。他面臨一系列痛苦的抉擇：在美國有好得多的技術，在莫斯科有了不起的工藝（例如，玻璃吹制技術在美購幾乎失傳了，但莫斯科還有）；在美國，他需要從草稿實現一個計劃，在莫斯科，低效官僚的前蘇聯體制總是瘋狂地擋在他的計劃上；他要選擇，是忠於他的祖國留在莫斯科，還是討厭地離開它來美國；是來美國過一種粗俗的生活（因為他不喜歡我們對窮人的態度，而且我們缺少對每個人的醫療關懷），還是留在莫斯科痛苦地在無能官僚的淫威下生活；他一方面想享有美國的自由和財富，另一方面卻害怕克格勃對家庭、朋友甚至他本人（假如他「叛變」的話）的迫害。最後他說，不去了。他向我推薦了格拉斯哥大學的德雷維爾（Ronald Drever）。
我咨詢的其他人也熱情推薦德雷維爾。他和布拉金斯基一樣，極富想像力和創造力，而且有堅強的意志——這些都是計劃成功的基本素質。加州理工學院教授委員會和行政部門盡可能地收集了有關德雷維爾和其他候選者的材料，最後選定了他，請他來學院啟動計劃。他跟布拉金斯基一樣很痛苦，但還是答應了。於是我們離開了莫斯科。
我在提出計劃時也想像韋伯和布拉金斯基那樣在加州集中力量搞棒探測器。回想起來，幸運的是德雷維爾堅持走完全不同的路。他在格拉斯哥與棒探測器打了5年交道，知道它們有什麼局限。他認為，更有希望的是干涉儀式的引力波探測器（簡稱干涉儀——當然完全不同於第9章的射電干涉儀）。
用於引力波探測的干涉儀最早是由布拉金斯基的兩個俄羅斯朋友吉爾增什坦（Mikhail Gertsenshtein）和普斯托瓦特（V.I.Pustovoit）在1962年想到的，他們提出了它的原始形式。1964年，韋伯也獨立想到了。外斯（Rainer Weiss）在不知道這些早期思想的情況下，在1969年設計了更成熟的干涉儀探測器。接著，他和他在麻省理工學院（MIT）的小組繼續設計並在1970年初製造了一台。這時，福瓦德（Robort Forward）和他在加利福尼亞馬裡布休斯研究實驗室的同行們也在做同樣的事情。11他們的探測器是第一次運行成功的。到70年代後期，這些干涉儀探測器已經成為探測棒的重要替代者，德雷維爾也為它們的設計貢獻了自己的聰明和技巧。12
圖10.6 激光干涉儀式引力波探測器。這種儀器很像邁克爾遜和莫雷1887年用來探尋地球在以太中運動的那種干涉儀（第1章）。詳細解釋見正文。
圖10.6說明了干涉儀式引力波探測器的基本思想。三塊物體由繩子吊在天花板上「L」的兩個端點和拐角的支點上（圖10.6（a））。當引力波的第一個波峰從屋頂或地板進入實驗室時，潮汐力將沿「L」的一臂把兩個物體分開，而沿另一臂把兩個物體拉近。結果，第一臂的長度（即臂上兩個物體間的距離）L1將增大，而第二臂的長度L2將減小。當第一波峰過去，波谷到來時，伸長和縮短的方向會發生改變：L1將減小，L2將增大。通過測量臂長差L1-L2，我們就能發現引力波。
臂長差L1-L2是通過干涉儀（圖10.5（b），卡片10.3）監測的。讓一束激光照在轉角物體的光束分離器（分光鏡）上，則光束的一半將被反射，另一半透過去，這樣一束光就分成了兩束。這兩束光將沿著干涉儀的兩臂達到兩個端點，然後被端點物體上的鏡面反射回到分離器，每一束光仍被分成兩束。這樣，每束光都有一部分與另一束光的一部分結合，回到激光器；另外兩個部分結合到達光電儀。如果沒有引力波，則來自兩臂的光的干涉結果是，干涉後的光都回到了激光器，不會有到達光電儀的光。如果引力波稍微改變了L1-L2，則兩臂的光束將經過稍微不同的距離，從而干涉也會略有不同——有少量聯合的光會進入光電儀。通過測量這一部分光，就能計算臂長差L1-L2，從而發現引力波。
卡片10.3 干涉與干涉儀
兩個或更多的波經過空間同一區域時，它們會「線性地」（卡片10.1）疊加在一起，就是說，它們相加。例如，下面的點線波與虛線波的疊加產生實線波：
注意A點那樣的位置，一個波的波谷（點線）疊加到另一個波的波峰（虛線）上，波就抵消或至少部分抵消了，結果波消失或者減弱了（實線）。而在B那樣的地方，兩個谷或者兩個峰相疊加，波彼此增強了。我們說這是波在相互干涉，在第一種情況下相互破壞，第二種情況下相互加強。這樣的疊加和干涉可以發生在所有類型的波——水波、電波、光波、引力波——而干涉正是射電干涉儀（第9章）和干涉儀式引力波探測器運行的關鍵。
在圖10.6（b）的干涉儀探測器中，分光鏡將來自一臂的光束的一半疊加到來自另一臂的一半上，傳到激光器；又將另外的兩半光束疊加起來送到光電儀。如果沒有引力波或其他力移動物體和鏡面，則疊加的光波有如下的形式：
向著光電儀
向著激光器
圖中的虛線代表來自第一臂的波，點線是來自第二臂的波，實線是疊加的結果。
到光電儀的波完全被干涉破壞了，所以疊加結果是零，這意味著光電儀什麼光也看不見。如果引力波或其他力將某臂拉長而將另一臂縮短了，那麼從長臂來的光束到達分光鏡的時間相對於從另一臂來的將有一點延遲，於是疊加的波就像下面這樣：
向著光電儀
向著激光器
沿光電儀方向的光不再被干涉完全破壞，還能收到一些。收到的量正比於臂長的差L1-L2，而這個差正比於引力波信號的強度。
比較棒探測器與干涉儀是很有意義的。棒探測器通過一根實心圓柱的振動來監測引力波的潮汐力；干涉儀探測器通過懸掛物體的相對運動來監測潮汐力。
棒探測器以電傳感器（如被棒擠壓的壓電性晶體）來監測由波引起的棒的振動。干涉儀探測器通過干涉的光束來監測波動引起的物體運動。
棒只對很窄頻率範圍內的引力波才會產生共振響應，所以解譯交響的引力波需要一個由許多棒構成的「木琴」。干涉儀的物體對所有頻率高於每秒一周的波都會前後擺動地響應，2因此干涉儀有很寬的頻率範圍，三四個這樣的干涉儀就足夠完全解讀引力波的交響了。
將干涉儀的臂做得比棒長1 000倍（也就是幾千米，而不是幾米），就能使引力波的潮汐力大1 000倍，從而儀器的靈敏度也就提高了1000倍。3相反，棒卻不能做得太長。1公里長的棒的自然頻率將低於每秒一周，從而不能在我們認為最有意義的頻率範圍內工作。而且，因為頻率這麼低，必須把棒發射到太空去，將它與地面的振動和地球大氣的重力波動隔絕開來。把這樣一個棒放到太空是很荒唐的，而且不知要花多少錢。
因為干涉儀比棒長了1 000倍，它對測量過程產生的反衝作用的「免疫力」也提高了1000倍。這兒的「免疫力」說的是，這種干涉儀不需要靠什麼量子無破壞探測器（那也是很難做的）來克服那些反衝作用。相反，棒只有在使用了量子無破壞技術時才可能探測到希望的波。
假如干涉儀真比棒有這麼多好處（寬得多的頻帶，高得多的靈敏度），那為什麼布拉金斯基、韋伯和其他人不用它來代替棒呢？70年代中期我問過布拉金斯基。他回答說，棒探測器很簡單，而干涉儀卻複雜得嚇人。像他在莫斯科的那個精幹小組完全有可能造一個能很好運行、足以發現引力波的棒探測器。然而，要製造、改進並成功運行一組干涉儀探測器，需要大量的人和大筆的錢——而且，即使有了這麼些人和這麼多錢，布拉金斯基也懷疑那麼複雜的探測器是否能成功。
10年後，越來越多的證據令人痛苦地表明，棒探測器很難達到10-21的靈敏度。這時，布拉金斯基來訪問加州理工學院，德雷維爾小組用干涉儀取得的進展感動了他。他承認，干涉儀最終會成功的。但為了成功而耗費大量的研究力量和金錢並不令他喜歡。所以，一回到莫斯科，他就將他的小組的大部分力量轉到遠離引力波探測的方向去了。13（世界上還有些地方在繼續發展棒探測器，那是幸運的；它比干涉儀便宜多了，現在也更靈敏；它們最終可能在高頻率引力波方面發揮特別重要的作用。）
那麼，干涉儀探測器複雜在哪些地方呢？畢竟，圖10.6描述的基本思想看起來是非常簡單的。
事實上，圖10.6是超級簡化了的，它忽略了數不清的陷阱。為避免這些陷阱需要很多技巧，這就使干涉儀變得複雜了。舉例說，激光束必須精確地指向一定的方向，精確地具有一定的形狀和波長，這樣才能完全適合於干涉儀；而且，它的波長和強度不能起伏波動。光束一分為二後，兩束光分別在兩臂上來回反射，不是圖10.6所畫的一次，而應該是多次，這樣才能提高它們對擺動物體的運動的敏感性；多次反射後，它們還必須正好回到分光鏡。每一個懸掛的物體必須在不斷的控制下，使鏡面精確指向同一個方向，不會因為地板的振動而搖擺，而這樣的控制還不能掩蓋引力波引起的物體擺動。為了在所有這些方面以及其他許許多多方面達到完善，需要不斷地監測干涉儀的許多不同部位和它的光束，還要不斷利用反饋的力來保持完好的狀態。
從下面的照片（圖10.7）你可能會得到一些複雜的印象。那是德雷維爾小組在加州理工學院建造的一個40米長的原型干涉儀探測器——它比所需要的原大幾千米長的干涉儀簡單得多。
圖10.7 加州理工學院的40米原型干涉儀引力波探測器（約1989年）。放在前面的桌子和籠子裡的真空室裝著激光器和讓激光進入干涉儀的設備。中心物體放在第二個籠子的真空室裡——可約隱看到它上面吊著的繩子。兩個端點物體沿走廊在40米以外。兩臂的光束在兩根真空管中較大的一根內往返，真空管是用來增大臂長的。[加利福尼亞理工學院LIGO計劃提供。]
80年代初期，有四個實驗物理學家小組在努力發展干涉儀探測器的工具和技術：德雷維爾的加州小組，他在格拉斯哥創建的小組（現在由霍克（James Hough）領導），外斯的MIT小組和比林（Hans Billing）在德國慕尼黑馬克斯·普朗克研究所建立的小組。這些研究隊伍都小而精，或多或少都在獨立進行工作，4用各自的方法來設計干涉儀探測器。組內的每個科學家都可以自由地提出他的新觀點，可以照自己的意願去發展它們，而且時間也是想多長都行。這是非常輕鬆的科學合作形式，是有創造力的科學家所喜歡的，他們也正是在這種文化環境下成熟起來的；這也是布拉金斯基渴望的，像我這樣的孤獨者更能在其中感到快樂。但是，它並不適宜於複雜科學儀器（如我們需要的幾公里長的干涉儀）的設計、建造、改進和運行。
為了詳細設計這樣一個干涉儀的許多複雜部件，為了讓所有部件能組裝起來正常運行，為了把費用控制在計劃內並在有限時間裡完成干涉儀，需要一種不同的工作模式：一種密切協作的模式，每個組的各小組要集中到一個確定好的目標上來，每個負責人要決定該做什麼，誰來做，什麼時候做。
從自由獨立走向密切協作是很痛苦的。生物學家們在為人類染色體排序時曾痛苦地經歷過這樣的歷程。5從1984年起，我們引力波物理學家也上路了，也一樣少不了痛苦和悲傷。然而我相信，總有一天，引力波的發現和解譯所帶來的激動、快樂和科學回報，將把這些痛苦和悲傷從我們的記憶中抹去。
走上這條痛苦之路遇到的第一個大轉折是1984年加州和麻省的兩個小組被迫合併——那時每組有8個人。美國國家科學基金會（NSF）的伊薩克遜（Richard Issacson）為了納稅人的財政支持，強迫這兩個學院的科學家走到一起來聯合發展干涉儀。德雷維爾堅決反對，而外斯看到走不脫了，只好答應。兩個人像被迫結婚的新人，發了誓，我成了他們的和事佬。如果兩人分道揚鑣，我有責任把他們拉回來。這是脆弱的婚姻，大家都沒有一點兒感情。不過，我們還是慢慢開始一起工作了。
第二個大轉折出現在1986年。一個由知名物理學家組成的專家委員會——包括我們需要的所有技術方面的專家和科學大項目的組織管理專家——來我們這兒一個星期，檢查了我們的進展和計劃，然後向NSF報告。我們的成績和計劃都獲得了高度評價；我們成功發現並解譯引力波的前景也被認為是大有希望的。但是，給NSF的報告說，我們的組織很糟，還是原來那種鬆散自由的結合形式，照這樣是永遠也不可能成功的。委員會認為，應該用一個領導者來代替德雷維爾-外斯-索恩的三足鼎立——他能將單個的人組織成一個緊密團結的能幹的小組，能組織項目並能在每一個緊要關頭做出果斷明智的決定。
壓力又來了。NSF的伊薩克遜告訴我們，如果想項目繼續下去，就必須找那樣一個人來，像足球隊員跟一個偉大的教練和樂隊跟一個偉大的指揮那樣跟他一起工作。
在尋找中，我們幸運地發現了福格特（Robbie Vogt）。
福格特是一個才華橫溢、意志堅強的實驗物理學家，曾領導宇宙飛船科學儀器的製造和試驗，領導過巨型毫米波天文干涉儀的研製，還組織過美國宇航局噴氣實驗室6（大多數美國行星探測計劃都是在這兒執行的）的科學研究——後來，他成為加州理工學院的教務長。雖然福格特是一個特別能幹的教務長，但他與院長戈爾德貝格（Marvin Goldberger）在如何領導管理學院問題上有過激烈爭吵——吵了幾年，戈爾德貝格便將他解聘了。福格特的個性不適合在別人手下工作，特別是當他與他們的觀點有重大分歧的時候；不過他會是一個很好的頭兒。他就是我們需要的那個領導者，那個指揮，那個教練。如果說有人能讓我們緊密團結起來，那就是他了。
「跟羅比工作是很痛苦的。」他原來毫米波小組的人告訴我們，「你們將留下創傷，不過那也值。你們的計劃會成功的。」
德雷維爾、外斯、我和其他一些人同福格特談了幾個月，請他來做我們的領導。最後他答應了。真像說的那樣，我們原來的加州-麻省小組終於在6年後被打破了，但新的小組更緊密、更有力、更有效，很快壯大到約50位科學家和工程師，都是成功所需要的人。然而，成功不是靠我們一家就夠了。在福格特計劃下，別的科學家也為我們的中心研究作出了重要貢獻。7他們鬆散地與我們聯繫，還能保持我們留下的獨立和自由。
1991年下半年LIGO計劃加州-麻省小組的部分科學家。左：組內的部分加州成員，左上起反時針方向：Aaron Gillespie,Fred Raab,Maggie Taylor,Seiji Kawamura,福格特，德雷維爾，Lisa Sievers,Alex Abramovici,Bob Spero,Mike Zucker。右：組內部分麻省成員，左上起反時針方向：Joe Kovalik,Yaron Hefetz,Nergis Mavalvala,外斯，David Schumaker,Joe Giaime。[左圖由Ken Rogers/Black Star提供；右圖由Erik L.Simmons提供。]
在我們的努力中，成功的關鍵是建立並啟用一套全國性的科學裝置，叫做激光干涉儀引力波天文台，或LIGO。14LIGO由「L」型真空系統構成，一個在華盛頓漢福德附近，另一個在路易斯安娜利文斯頓附近。物理學家要在這兒開發和運行一系列的不斷改進的干涉儀，見圖10.8。
圖10.8 藝術家心目中的LIGO「L」型真空系統和在華盛頓漢福德附近「L」中心的實驗基地。[加利福尼亞理工學院LIGO計劃提供。]
為什麼要兩個實驗基地，而不是一個呢？因為地球上的引力波探測器總會將噪聲誤會成引力波的爆發。例如，懸掛物體的繩子會無故輕微擺動，像引力波潮汐力那樣搖動物體。然而，這樣的噪聲幾乎不可能同時發生在兩個遠離的獨立探測器。因此，為了保證明顯的信號來自引力波而不是噪聲，必須確認它在兩個探測器上都出現。一個探測器是不可能發現並監測引力波的。
雖然兩個探測器就足以探測到引力波了，但我們實際需要三個，四個更好。這些遠遠分開的探測器可以完全解譯交響的引力波，也就是將波所攜帶的信息完全析取出來。一個法國-意大利聯合小組將在意大利比薩附近建立第三個基地，名叫VIRGO。8VIRGO和LIGO將形成一個全息的國際探測網。英國、德國、日本和澳大利亞正在籌資準備為這一網絡建立另外的基地。
為一種誰也不曾見過的波建立那麼龐大的網絡，似乎膽子也太大了。實際上那完全不是膽大。引力波已經被天文學觀測證實存在了，普林斯頓大學的泰勒（Joseph Taylor）和赫塞（Russel Hulse）為此獲得1993年度諾貝爾獎金。他們用射電望遠鏡發現了兩顆中子星，其中一顆為脈衝星，它們每8小時互相繞著旋轉一周。通過極精確的射電測量，他們證明兩顆星以愛因斯坦定律所預言的速率（每年十億分之二點七）螺旋式地靠近，原因是它們向宇宙中發出的引力波所持續產生的反衝作用。除了引力波的小小反衝作用，沒有別的原因能解釋這兩顆星的螺旋靠近。
21世紀初的引力波天文學會是什麼樣子呢？我們可以想像下面的景象：
2007年，八個幾公里長的干涉儀在全天候地運行，掃瞄天空，尋找到來的引力波。這八個干涉儀，兩個運行在意大利比薩的真空裝置裡，兩個在美國東南路易斯安娜州的利文斯頓，兩個在美國西北華盛頓的漢福德，還有兩個在日本。每個地方的兩個干涉儀，有一個是「服勞役的」機器，監測振蕩頻率在每秒10到1 000周範圍內的波；另一個才新近研製安裝，是先進的「做研究的」干涉儀，瞄準每秒1 000到3 000周的振蕩。
一列引力波從宇宙遙遠的源頭掠過太空來到太陽系。一個波峰首先落在日本的探測器上，然後穿過地球到達華盛頓，接著到路易斯安娜，最後到達意大利。大約1分鐘，波谷跟著波峰來，波峰又跟著波谷來。每個探測器的懸掛物體輕輕轉動，干擾了激光束，從而也干擾了進入探測器光電二極管的光。八個光電二極管的輸出信號通過衛星網傳到中心計算機，計算機提醒科學家，另一列1分鐘的引力波已經來到地球，是本周的第三波。計算機結合八個探測器的結果，要完成四件事情：引力波爆發源在天空的最佳位置估計；位置估計的誤差區間；兩個波形——即兩條振蕩曲線，類似於檢測聲波時在示波器上看到的振蕩曲線。波源的歷史就藏在這些波形曲線裡（圖10.9）。
圖10.9 黑洞結合所產生的兩個波形之一。豎直方向是以10-21為單位的應變；水平方向是以秒為單位的時間。第一幅圖只畫了波的螺旋下落過程的最後0.1秒；波形在前1分鐘很簡單，只是振幅與頻率逐漸增大。第二幅圖誇張地畫了最後0.01秒的波形。1993年，根據愛因斯坦場方程的解，已經很好地認識了波形的螺旋和衰落（消退）階段。結合階段還完全不瞭解（圖中的曲線是我個人的想像）；未來的超大計算機將對它進行計算模擬。在正文中，我假定這些模擬在21世紀初已經成功了。
之所以有兩個波形，原因是引力波有兩個極化。如果波垂直通過干涉儀，則一個極化描述了沿東西向和南北向振蕩的潮汐力；另一個極化描述了在東北-西南方向和西北-東南方向振蕩的潮汐力。因為每個探測器都有自己的定向，所以它們收到的是這兩個極化的某種組合；計算機要從八個探測結果中重新找出那兩個極化波形。
然後，計算機將得到的波形與一個大波譜表裡的波形進行對比，這很像鳥類觀察者通過與圖譜的比較來識別一隻鳥。經過5年對來自碰撞、結合的黑洞、中子星、旋轉中子星（脈衝星）和超新星爆發的引力波的監測經驗和計算機對波源的模擬，這樣的波譜表已經做出來了。引力波的爆發是很好確認的（另外一些波，如來自超新星的，就困難得多）。波形確定無疑地顯示了兩個黑洞結合的惟一信號，它包括如下三段：
·1分鐘長的第一段（圖10.9只畫了最後0.1秒）具有振幅和頻率都逐漸增大的振蕩應變，正是我們預料的來自雙星軌道上兩個螺旋靠近的天體的波形。波的大小交錯變化說明軌道像橢圓，不是正圓。
·0.01秒長的中間段幾乎完全符合超大計算機最近（21世紀初）對兩個黑洞結合過程模擬的預言。根據模擬，標記「H」的峰表示兩個黑洞的視界的接觸與融合。然而，標記「D」的兩個擺動卻是新設計的那個「做研究的」干涉儀的第一個新發現，那些老的「服勞役的」干涉儀從來沒能探測到這些擺動，因為它們頻率太高了；而且它們在超大計算機模擬中也從沒出現過。這是理論家需要解釋的難題。也許它們第一次提供了某些線索，能幫助我們認識碰撞黑洞的時空曲率非線性振動中我們不曾料想的奇異行為。為這種景象所迷惑的理論家該回到他們的模擬中去尋找這對擺動的信號。
·0.03秒長的第三段（圖10.9只畫了它的開頭）由頻率固定而振幅衰減的振蕩構成。我們預料變形的黑洞在為擺脫形變而脈動時就會產生這樣的波動；就是說，這樣的波像落幕的鈴響，慢慢衰落下去。脈動的是兩個啞鈴型的突起，它們繞著黑洞赤道一圈圈地旋轉，隨著能量逐漸被曲率波帶走，它們也將消失（圖10.2上）。
根據這些波形的細節，計算機不但能解析黑洞碰撞、結合和衰落的歷史，還能計算初始黑洞和終結黑洞的質量和旋轉速度。每個初始黑洞有25個太陽那麼重，旋轉很慢；終結黑洞有46個太陽那麼重，以最大允許轉速的97%旋轉。與4個太陽（2×25-46=4）質量相當的能量轉化為曲率波，隨波飄散了。初始黑洞的總表面積是136 000平方公里，終結黑洞的表面積更大，144000平方公里，這是黑洞力學的第二定律要求的（第12章）。波形還揭示了黑洞距地球的距離：10億光年，這個結果大約有20%的精度。波形還告訴我們，以前的視線近似垂直於軌道平面，現在我們從旋轉黑洞的北極看下去，兩者比較說明，黑洞的軌道有30%的偏心率（長圓形的）。
根據波峰到達日本、華盛頓、路易斯安娜和意大利的時間，計算機確定了黑洞在天空的位置。因為波先到日本，所以它多少在日本的頭上，而在美洲和歐洲腳下。詳細分析到達時間，可以為波源確定一個誤差區間為1度的最佳猜測位置。如果黑洞更小，波形振蕩會更快，誤差區間將更小，但對這些大黑洞，探測網只能做到1度的水平。再過10年，在月亮上運行干涉儀探測器時，誤差區間將在某些方面減小100倍。
因為黑洞軌道被拉長了，計算機判斷兩個黑洞從互相捕獲到繞對方旋轉的軌道到結合和發射引力波，只有幾個小時。（如果它們在軌道上旋轉的時間超過幾個小時，離開它們的引力波的反衝作用將使軌道成為圓形的。）那麼快的捕獲說明黑洞可能在某星系中心的一個緻密的由黑洞和大質量恆星組成的集團之中。
於是，計算機接著檢查光學星系、射電星系和X射線星系表，尋找那些距地球8億到12億光年、在1度誤差區間內的有特殊核的星系。它為天文學家找到了40個候選者。在接下來的幾年裡，射電的、毫米波的、紅外的、光學的、紫外的、X射線以及γ射線的望遠鏡將對這40個候選者進行詳細的研究。我們會逐步認識到，在某一個候選星系的核心聚集著大量的氣體和恆星，當我們現在看到的光離開它時，那裡正在展開一幕百萬年的劇烈演化——巨黑洞將在演化中誕生，類星體也將隨演化而形成。感謝引力波的爆發，它為這個特別的星系帶來了意義，天文學家現在可以去揭示巨黑洞是怎樣誕生的了。
[1] 這些差別，它們的結果以及所預料的來自不同天體物理源的波的具體情況，已經有很多科學家闡述過了，他們包括（當然還有別人）：巴黎的Thibault Damour，莫斯科的Leonid Grishchuk，京都的Takashi Nakamura，威爾士的Bernard Schutz，紐約綺色佳的Stuart Shapiro，聖路易的Clifford Will，還有我。
[2] 如果頻率低於每秒一周，懸掛物體的繩子會阻止它們響應那些波，物體也就不能擺動了。
[3] 實際上，具體情況比這複雜得多，靈敏度的提高也遠不是像這幾句話說的那樣容易實現；不過，這裡講的大體上還是正確的。
[4] 不過，格拉斯哥和加州的小組通過德雷維爾而有著密切聯繫。
[5] 人類基因組計劃1990年在美國啟動，英、日、法、德和中國科學家先後加盟，歷經10年，在2000年6月26日完成了人類基因組草圖繪製工作，測定了DNA中90%以上的鹼基序列。這是比「曼哈頓」原子彈計劃、「阿波羅」登月計劃影響更為深遠的科學計劃。——譯者
[6] 這個實驗室就在帕薩迪納的西北，是美國宇航局委託加州理工學院管理的。——譯者
[7] 以1993年為例，包括莫斯科的布拉金斯基小組，斯坦福大學Bob Byers領導的小組，科羅拉多大學的Jim Faller小組，錫拉丘茲大學的Deter Saulson小組，以及西北大學的Sam Finn小組。
[8] 名字來自室女（Virgo）星系團，有可能探測到它的引力波。