Q: 如果引力波拉长了激光探测仪反射镜之间的距离，这样不是也延伸了激光的波长吗？
虽然引力波确实会稍微伸展和挤压手臂中光的波长，但它不会影响当波改变每个手臂的长度时，光束将走不同的距离这一事实。唯一重要的是光束在再次合并之前在每只手臂上走多远。
为了让激光束在双臂上的飞行距离完全相同，它们就会在同一时间进行旅行。重新组合时，光束完全破坏性地相互干扰。换句话说，它们互相抵消，仪器上没有光线。当这种情况发生时，我们知道干涉仪及其组件是稳定的，宇宙是安静的。
突然，引力波过去了！发生什么事了？
引力波导致 LIGO 的每个手臂以相反的方式改变长度，即当一只手臂变长时，另一只手臂变短。然后他们切换-更长的手臂成为较短的手臂和更短的手臂成为更长的手臂。这种相反的振荡的长度发生，只要波通过，一个变长，而另一个更短，反之亦然，等等，直到波消散。
正因为如此，激光束正在通过干涉仪，却没有意识到，在再次相遇之前，它们必须行驶的距离正在改变。因此，穿过较长手臂的光束返回合并点的时间比短臂中的光束长一点，这意味着，当它们再次相遇时，它们的波不一定只是相互抵消。相反，它们通过对方，有时取消，但其他时间加在一起，使一个更明亮的光。当手臂本身改变长度时，波会相互通过（*干扰*），造成光干扰，在完全破坏性到完全建设性之间完全具有破坏性。换句话说，干扰计没有发出任何东西，而是出现了一闪一闪的光。
虽然这听起来像是一团糟，但它不是。事实上，在引力波通过过程中，由此产生的干扰模式本身会随着手臂长度的变化而变化。纵观不断变化的干扰模式，LIGO 计算机准确破译了干扰计本身的手臂在波通过时必须如何变化，以创建出现的模式。以这种优雅的方式，每只手臂的激光束到达时间的变化会导致干扰模式的变化，从而暴露出引力波导致的手臂长度的变化！
这种在引力波通过过程中观察和记录的错位激光束的不同模式告诉我们两件事：1. 手臂在光束的飞行过程中变化了多大的长度，2. 手臂因引力波而改变长度（更长，更短，等）的频率。这些信息可以告诉我们最初产生引力波的原因。
这就是为什么光的波长与至关重要的干扰模式无关。手臂长度变化的影响远远大于激光波长的任何变化，因此我们几乎可以完全忽略它。
Q: LIGO 如何知道数据中的信号真的来自空间中的事件？即使多个实验室测量相同的振动，您也能 100% 确定吗？
LIGO 使用多种技术筛选振动噪声的喧闹声，以确认引力波检测。其中一些是：
- 用地震仪、磁力计、麦克风和伽马射线探测器测量所有已知的噪声源（例如地震、风、海浪、交通、耕作活动，甚至LIGO镜子中的分子振动），然后从我们的数据中过滤掉这些噪声源造成的振动。
- 寻找来自全球多个探测器的相同、同步信号（LIGO、处女座、GEO600）。这排除了给定探测器的本地噪声源。在"同一时间"感受到相同振动的探测器越多（考虑到探测器之间的旅行时间），我们就越确定振动的来源不是局部的。
- 不断比较干扰计发出的信号与已知现象产生的引力波的理论模式（这些模式直接来自广义相对论方程）。
- 将可能的引力波事件到达的时间与 EM 观测站看到的电磁 （EM） 事件进行比较。
事实证明，这些方法非常成功。也许最重要的是，上面提到的最后一项技术首次使用是在2017年8月，当时LIGO探测到了第一对合并的中子星。引力波的到达时间与轨道观测站探测到的短伽马射线爆发相吻合。在几十分钟内，来自LIGO、处女座和伽马射线探测器的数据被组合在一起，事件的源头被定位到非常小的天空中。在短短几个小时内，天文学家系统地对那片天空中的星系进行成像，在1.3亿光年的星系中发现了一个新的类似恒星的天体，这标志着电磁天文学家首次观测到引力波事件。
作为对LIGO能力的进一步测试，LIGO对该事件距离的估计（信息也编码在干扰模式中）与EM天文学家独立获得的估计值几乎完全一致。这提供了无可辩驳的证据，证明LIGO正在真正探测来自宇宙遥远区域的引力波。我们的信心只会随着我们的探测次数而增加，尤其是我们的电磁伙伴也观察到更多。
所有这一切说，它需要注意到，没有测量设备是100%准确的。在LIGO，我们希望超过99.9999%的人确信，在我们向世界宣布真正的探测之前，信号不仅仅是由一些地球噪音引起的。
Q: 为什么需要创建真空才能获得准确的数据？
LIGO需要在原始真空中运行的原因有两个主要：
1. 减少声音振动。 声波是分子的振动，当分子从障碍物中反弹时，会导致其他东西振动（如耳膜）。因为LIGO需要感觉到的信号是如此难以想象的微妙，甚至一些分子从LIGO的镜子中弹起，也可能导致振动，从而模仿或掩盖引力波信号。这就是为什么通过LIGO的真空系统，为消除尽可能多的空气付出了如此多的努力。由于声音不能在真空中传播（没有分子意味着没有声音），LIGO 的真空环境可防止声波诱导反射镜中的振动。真空提供了一个超级安静，几乎无分子的环境，探测器可以操作和"听"引力波。
2. 减少光散射。 LIGO使用激光测量悬挂式镜子之间的距离（我们称它们为"测试质量"）。不幸的是，激光可以分散、折射和（可能）被分子吸收。即使是LIGO的一个激光束路径中的一些氧或氮分子，也可能导致光束散射并产生一种模拟引力波信号的"闪烁"。想想闪烁的星星。恒星闪烁，因为来自恒星的光被反射，因为它在我们的大气中遇到不同密度的空气口袋（由不同的温度和湿度水平引起）。光子本身在进入你的眼睛时会散射、反射和折射，这会使你感到效果闪烁。在太空的真空中，恒星不会闪烁，因为没有大气层可以阻碍光子。因此，如果LIGO的光束管中有空气，激光束中的光子会弹跳（本质上是闪烁的），因此我们无法区分引力波闪烁和只是一些散射光。为了解决这个问题，LIGO的真空管的原子和分子比太空真空少8到10倍！这可确保激光中观测到的任何振动不会由束管中的原子或分子散射引起。
Q: 如何防止镜子探测地球的振动？
可以通过使用两种基本策略来保护探测器免受地球振动的伤害。它们被称为"被动"和"主动"振动隔离系统。每个组件都有很多组件，但基本内容非常简单。
基本"四"钟摆显示被动阻尼通过悬挂
被动振动隔离
被动振动隔离系统防止振动到达反射激光束的反射镜（"测试质量"），这告诉我们引力波是否已经通过。它使用一些相当基本的物理概念：钟摆原理和惯性定律。
钟摆是优秀的振动隔离器。在家里试试这个：使用左侧的图像作为向导，将四个重型垫圈绑在一条线上，每台都由相等长度的字符串隔开。将字符串保持在顶部，并快速摇动它来回少量。请注意，与顶部质量相比，最低质量移动很少（如果有的话）。这是因为钟摆中的每一个部分都从上面吸收它"感觉"的振动，并防止它被传输到下面的段。通过这种方式，此系统将底部质量与您在上面创建的所有"噪音""隔离"。
现在，还有另一个因素可以影响底部质量在摇动顶部时仍然存在的方式：你绑在钟摆里的东西的重量。这就是惯性定律派上用场的地方。惯性定律规定，东西越重，移动它所需的能量就越多（尝试将自行车推上坡，无论上面有没有人！为了利用这种效果，LIGO 的四悬架链中的每个"节点"（自制悬架系统中的螺栓或洗衣机）本身就是一个庞大的质量：拥有很多惰性。仅仅通过它的惯性，每个质量可以吸收来自上面的振动，并阻止它们到达下面的质量。一点点可能会泄漏到下面的质量，但随后它的惯性吸收了大部分这些振动，并阻止它达到下一个，等等。其结果是，链中的每个后续质量都比上面的质量稳定得多。
这到底能有多有效？在 LIGO 的悬架中，当悬架达到测试质量时，此过程可减少悬架顶部的任何振动1 亿倍！是的，LIGO 工程师发现四悬架中还有其他方法可以减少振动。但在很大程度上，它是通过上述过程实现的。
主动振动隔离
尽管它本身很好，"被动"系统仍然不够好，无法使LIGO探测到引力波。要达到这一水平，被动系统本身就包含在"主动"隔离系统中。顾名思义，主动隔离是一个过程，通过它，LIGO干扰计内和附近的许多传感器检测来自环境的振动（风、地震、交通等），并向执行器发送反馈信号，执行器在被动隔离系统物理移动时，在它们影响被动系统之前，可以消除尽可能多的振动。这是降噪耳机运行的基本原则。但是，此主动系统无法消除所有振动，而上文所述的被动隔离系统会处理四悬架的少量振动。
主动和被动隔离系统协同工作，使LIGO的反射镜保持完全静止状态，并做好探测引力波的准备。令人印象深刻的是，所有这些努力使得LIGO的干涉仪成为有史以来最敏感的测量设备。
有关这些隔离系统的工作原理的更多信息，请阅读 振动隔离。
Q: LIGO 如何使用它收集的数据？
1916年，阿尔伯特·爱因斯坦在他的广义相对论中预言了引力波的存在。直到2015年9月14日，我们才推断它们存在。今天，LIGO已经做了足够的探测，毫无疑问，引力波是真实的！LIGO的探测越多，它有助于回答有关物理学和宇宙的问题就越多。由于引力波的每一个来源都发挥着独特的"调子"作用，我们要学习的第一件事就是宇宙中哪个惊人的事件产生了这个波。已知的可能性是：
• 合并（合并）黑洞，或中子星，或中子星与黑洞合并
o LIGO于2015年9月14日探测到的引力波是由两个巨大的黑洞合并产生的。不到两年后，即2017年8月17日，LIGO探测到碰撞中子星。这两个事件尤其创造了科学史。
• 凹凸不平的中子星的旋转
• 块状恒星的爆炸（如果恒星爆炸时不是完全球形的），称为超新星
• 大爆炸后发生的物质和能量的运动
而且我们总是有机会发现一些我们还无法解释的东西。
LIGO的结果将大大增强在电磁频谱（如无线电波、红外线、X射线、伽马射线）中观测的天文学家的知识基础。在某些情况下，LIGO 的数据可能包含回答这些大问题所需的关键信息：
• 一个典型的星系中有多少中子星和黑洞？
• 包含这些对象的二元系统最初是如何创建的，它们碰撞的频率如何？
• 这些系统是我们经常看到的观测到但神秘的短伽马射线爆发的来源吗？（LIGO在2017年8月对碰撞中子星的探测提供了明确的证据，证明至少一些短伽马射线爆发实际上是由碰撞的中子星引起的。
• 超新星爆炸和中子星有多"笨拙"？
• 黑洞真的像爱因斯坦的理论预测那样影响空间和时间吗？
• 引力波能告诉我们大爆炸后的第一个瞬间吗？
此外，虽然LIGO将寻找由天文现象引起的引力波，LIGO的数据也将有助于更广泛的物理和工程界，并将有助于回答物理学的基本问题，如：
• 引力波的特性是什么？
• 广义相对论是正确的重力理论吗？
• 广义相对论在极强的重力条件下有效吗？
• 大自然的黑洞是广义相对论的黑洞吗？
• 物质在密度和压力的极端情况下表现如何？
最后但并非最不重要的一点，LIGO已经在天文学和天体物理学之外做出了贡献，在以下领域推进了知识：
• 量子测量/高精度时空计量
• 光学/量子光学/激光系统
• 空间科学和技术
• 地质与大地测量
• 材料科技
• 低温和低温电子
• 计算
• 理论物理方法
• 化学（LIGO对碰撞中子星的探测使人们对周期表中重元素的起源有了全新的认识，回答了一个长期存在的问题，即这些元素是如何在宇宙中观察到的数量中形成的。
虽然LIGO旨在倾听一个难以捉摸、几乎无法察觉的现象，但它对科学的广泛影响已经相当显著。
Q: LIGO探测到的引力波多久经过一次地球？
还没有人真正知道。据信，强烈的引力波很少发生，以至于LIGO在2002年至2010年运营的最初几年中没有探测到任何引力波。然而，经过4年的大规模升级，LIGO于2015年9月14日首次探测到引力波，在打开新的和改进的探测器的几天内。换句话说，在几天内，LIGO完成了一些在8年前的运营中没有实现的事情！这对未来的检测来说是个好兆头。
平均而言，在前两次观测运行中，LIGO 的检测速度为每 2 个月进行一次，这是我们达到所谓的"设计灵敏度"（我们预计到 2020 年将达到）之前。迄今确认的11项检测表明，这类事件相对常见。一旦LIGO的探测器达到其最大灵敏度，他们就可以以每周一次的速度探测引力波。完善可探测引力波通过频率估计的唯一方法是继续进行探测！
为此，预计在10年内，5个引力波探测器，如（包括）LIGO将在全世界运行。当这种情况发生时，我们应该准备好每天24小时探测引力波，每周7天，一年365天。谁知道等待着无数的奇迹！
Q: 如果目前的估计是，合并的中子星每10，000年在一个星系中产生一次引力波，那么我们目前每年能探测到多少事件？
LIGO于2017年8月17日探测到其首次中子星合并，电磁天文学家也在世界各地观测到这一事件。一旦LIGO达到其最敏感的状态，每年可能检测到大约40颗合并的中子星。
你现在可能会问，"如果此类事件在我们的星系中如此罕见，这怎么可能呢？
如果LIGO无法感知发生在我们银河系外的事件（超过80，000光年），我们可能要等很长时间才能探测到引力波。但是LIGO的先进探测器可以听到数千倍的远射，准备探测远在数亿光年之外的星系产生的引力波（2017年8月事件起源于1.3亿光年外的星系）。
估计我们探测任何引力波的频率是很困难的。尽管我们现在已经确认了近十几次探测，但除了天体物理学家所认为的以外，我们仍然对可探测引力波的来源知之甚多。我们知道存在并已经探测到的一个来源是二元中子星（两颗相互环绕的中子星）。在其最敏感的时候，LIGO可以探测到中子星的合并到大约6.5亿光年（比2017年8月事件远5倍）。当然，这并不意味着LIGO不会在更远的距离感知更强大的事件。LIGO的首次探测就是这种情况，两个黑洞在大约13亿光年之外产生。
对LIGO来说，真正重要的是它"样本"的空间。 距离地球6.5亿光年，相当于超过10亿立方光年的空间量！10亿立方光年含有约100万个银河系类型的星系。因此，随着一百万个星系的探测，我们预计一旦探测器达到其设计灵敏度，我们预计每年将探测到大约40颗中子星合并。
Q: 如果引力波在地球上产生如此微小的变化，为什么它们很重要？
引力波对我们了解地球上的过程非常重要，并且还可以了解外太空发生的过程，例如黑洞对的碰撞。我们已经从最初的两次检测中学到了很多东西：
从我们第一次发现合并黑洞中了解到：
（a）二元黑洞实际上存在（它们以前只被理论推算过）
（b）质量约为太阳30倍的黑洞也存在（天文学家正在努力了解如何这种黑洞形成的原理）
这些现象之前都不为人知。
从我们第一次发现合并中子星中，我们了解到：
（a）短伽马射线爆发的至少一个来源是合并中子星，
（b）事实上，合并中子星负责产生我们在整个宇宙中观测到的大量重元素。这一单一检测结果改写了周期表中许多元素的起源故事。
天文学家从测量引力波中获得的知识也可以提高我们对空间、时间、物质、能量及其相互作用的理解。这样，我们就能彻底改变人类对生存本质的认识和认识。此外，LIGO对科学的影响将远远超出天文学和天体物理学领域。有关该主题的更多信息，请访问"为什么要检测它们？"
Q: 引力波能提供什么样的信息？
引力波将检验爱因斯坦在极端重力条件下的广义相对论，而这个理论从未被测试过。它们还将给我们更多关于构成中子星的难以想象的密集物质形式的信息。中子星包含的物质比太阳挤进一个城市大小的球体中要多——大约10公里（6英里）宽。这些物体非常密集，其引力如此之大，以至于地球上一个重达150磅（68公斤）的人在中子星上将重达21，000，000，000，000磅（9，545，000，000，000千克）！组成中子星的物质紧密而密集地聚集在一起，被称为"退化物质"，这是不为人知的。
引力波还将告诉我们宇宙中有多少像黑洞和中子星这样的物体存在。它们将让我们深入了解宇宙中一些最猛烈的爆炸中发生的事情。有一天，引力波甚至可能让我们了解宇宙早期在如此密集和炎热，以至于没有光可以移动时发生了什么。在此期间发射的任何光子很久以前就被热离子等离子体吸收，但那个时代的引力波可以直接传播到地球，而宇宙中物质的干扰很小。
Q: LIGO希望取得什么发现？
LIGO 在 2015 年历史性地探测了两个碰撞黑洞，并在 2017 年对碰撞中子星进行了范式转移检测，开辟了天体物理学的新领域。无论是从碰撞黑洞、超新星、大爆炸的残余辐射中检测到引力波，还是仅仅从快速旋转的超密集中子星上发现的最微小的缺陷，我们即将获得的关于极端宇宙的潜在新基本知识的数量都是巨大的。更妙的是，与任何科学一样，最好的回报来自于发现我们从来不知道、无法想象或根本不明白的事情。与每隔一段时间一样，我们以不同的方式仰望天空，无论是通过红外线、X射线还是伽马射线护目镜，我们几乎肯定会受到我们没想到找到的东西的启发和好奇。