When Black Holes Collide
在宇宙的某個地方，兩個黑洞發生了碰撞。這兩個黑洞與恆星的質量差不多，體積卻只有一般城市那麼大，是真正意義上的黑洞（裡面空蕩蕩的，沒有一絲光）。在碰撞發生前的最後幾秒鐘裡，它們在引力作用下一起繞著最終接觸點完成了數千次的旋轉，使時空發生了劇烈振蕩。碰撞之後，這兩個黑洞合併到一起，形成了一個更大的黑洞。黑洞碰撞是宇宙誕生之後威力最大的一個現象，釋放出的能量超過1021 個太陽。碰撞發生時一片黑暗，爆炸產生的所有能量都不會以光的形式逸出，所以用任何望遠鏡都無法觀察到。
黑洞合併時，無數能量以純引力，也就是引力波的形式，不停地向四周傳播，時空受到擾動而泛起漣漪。但是，即使有宇航員正好在附近，他也不會看見任何異常現象。不過，他所在的空間會發生鈴振現象，對他擠壓、拉伸，使他的身形發生變化。如果靠得足夠近，他的聽覺器官會隨之振動，也就是說，他可以「聽見」引力波。在空無一物的黑暗中，他可以聽見時空發出的聲音（如果黑洞沒有奪走他的生命）。引力波就像不需要物質媒介的聲音，在黑洞相互碰撞時，就會發出這樣的聲音。
沒有人聽過引力波的聲音，也沒有任何儀器留下清楚無誤的記錄。雖然引力波以光速傳播，但是從碰撞點傳播到地球可能需要10億年的時間。在到達地球之前，黑洞碰撞發出的聲音已經非常微弱了，以至於用語言根本無法形容，如此微弱的聲音我們肯定難以察覺。在引力波抵達地球時，空間的鳴響會引起距離的相對變化，在相當於三個地球並排的跨度上位移一個原子核的寬度。
半個世紀之前，一股記錄天空中各種聲音的潮流悄然興起。LIGO是美國國家科學基金會（NSF，為基礎性科學研究提供支持的美國聯邦政府獨立機構）迄今為止投入最多的項目，包括兩台探測器，分別位於華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓，各佔地4平方公里。LIGO的綜合成本超過10億美元，參與合作的全球科學家和工程師有數百人之多，是所在專業領域幾十年來科技創新工作的一個標誌性成果。
在過去幾年裡，為了提升探測能力，這兩台機器都處於脫機狀態。一名實驗人員告訴我，機器的所有部件都被更換了，除了那個空空如也的管道（真空管）。與此同時，世界各地的科研團隊都在進行緊張的計算，希望可以預測宇宙最喧鬧的狀態何時到來。理論學家則利用這段時間設計數據算法，建立數據庫，並想盡辦法充分利用這些工具。為了「在相當於地球周長1 000億倍的距離範圍內測量出比人的頭髮的直徑還要小的變化」，許多科研人員全身心地投入其中。
如果探測到引力波，人們有望在隨後幾年裡取得豐碩的成果，因此位於地球上的天文台渴望記錄天文巨變從不同方向、不同距離傳到地球上的聲音。死星發生碰撞，古老的恆星發生爆炸，還有曾經發生的宇宙大爆炸，所有這些高衝擊強度的混亂狀況都有可能引起時空振蕩。從伽利略用一架簡陋的望遠鏡觀察太陽開始，人類把400年來拍攝的一系列靜止的天空照片，彙編成一部講述宇宙歷史的無聲電影。在這些天文台投入使用期間，科學家們將為這部電影配上一首不是很悅耳卻非常熱鬧的主題曲。
在這個嘗試測量時空形態微弱變化的具有里程碑意義的實驗中，我身兼數職：首先是作為一名科研人員，希望為一個龐大的科學領域做出自己的貢獻；其次是作為一名初學者，希望深入瞭解干涉儀；最後是作為一名作者，用手中的筆記錄人類在黑洞研究活動中取得的重大進展。隨著全球範圍內爭相建造引力波天文台的熱度逐漸消減，這個領域即將有重大發現的前景牢牢地吸引了人們的注意力。不過，仍然有人強烈懷疑它最終能否取得成功。
儘管在開始的時候，LIGO項目面臨諸多困難：爭議不斷，權威科學家表示反對，團隊內部鬥爭十分激烈，技術上也一籌莫展。但是，LIGO項目沒有被擊垮，而是擺脫了陰影，不斷變強，走上了發展的道路。50年前，使用一個無比龐大的機器去捕捉極其微弱的聲音，還僅僅是人們的一個遙遠的夢想，而現在已經萬事俱備，只欠東風了。在20世紀60年代，這個靈光乍現而來的思想實驗彷彿一首令人莞爾的俳句詩，而現在它已經變成由金屬和玻璃製成的實物。2015年秋，在愛因斯坦提出引力波預言的100週年之際，改進後的LIGO探測器開始記錄太空傳來的聲音。在一兩年（也有可能是三年）之內，這些機器就會達到最靈敏的狀態。上一代的機器證明這個概念是可行的，但成功卻不是唾手可得的，因為大自然並不總是按人類的意願行事。這些高精尖的機器可以自動鎖定目標，也可以由人來完成調整、修正、校準等操作。如今，這些機器靜靜地等待著捕捉某個非同尋常的信號，科學家們也摒除疑念，堅持完成最後的工作。
本書既是一部引力波編年史（是宇宙歷史的有聲記錄，也是為那部無聲電影譜寫的主題曲），又是獻給那些矢志不渝、堅持不懈的實驗人員，以及愚公移山式科學精神的一首讚歌。