理论天体物理学家基普·索恩与杰西卡·查斯坦合作拍摄《星际穿越》（图片来源：Kip Thorne 通过《连线》杂志）
自从阿尔伯特·爱因斯坦首次发表他开创性的广义相对论以来的一个世纪以来，世界顶尖人士一直在寻求发现源自他的理论的预测是否成立。其中一位思想家基普·索恩 (Kip Thorne) 的职业生涯一直在研究爱因斯坦关于引力波确实存在的说法，并被认为是该领域的世界领先专家。索恩现在正处于现代人类历史上最惊人的科学突破之一的风口浪尖上： 检测这些波 .
作为加州理工学院理论物理学教授，索恩出版了大量关于引力理论的书籍和论文。 1984 年，索恩与他人共同创立了 LIGO（激光干涉仪引力波天文台）项目，该项目使用激光测量时空结构中的微小畸变——可能由引力波引起的畸变。
1994年，他撰写了获奖作品 黑洞和时间扭曲：爱因斯坦令人发指的遗产， 一本将主流读者与他复杂的研究领域联系起来的书。十年后，索恩成为科学顾问 星际 并提供了准确提供电影宏大视觉效果所需的数学运算。他还发表了 星际科学 与克里斯托弗诺兰的前锋。
2015 年 9 月 14 日，在路易斯安那州利文斯顿和华盛顿汉福德的两个 LIGO 探测器站点工作的科学家们宣誓保密，因为最初的数据表明探测到了很久以前发生的暴力宇宙事件。经过几个月的数据检查和重新检查，随着消息开始向公众泄露，加州理工学院和麻省理工学院运营的 LIGO 实验室的研究人员宣布对引力波进行了非凡的探测。作为了解宇宙的新窗口，这些波揭示了近 13 亿年前两个黑洞的合并。
观察者与基普·索恩坐在他面前 与视觉特效大师保罗富兰克林和奥斯卡获奖作曲家汉斯季默的多媒体合作 宇宙扭曲的一面 , 讨论爱因斯坦、引力波和他的工作 星际 .
爱因斯坦的广义相对论是什么？
它是除量子定律之外的所有物理定律的框架。人们通常说得好，这是他的万有引力理论，但远不止于此。他建立这个理论是为了解释引力，但事实上，这个理论的作用远不止于此。它告诉你所有其他自然法则如何适应空间和时间。
这是我们所知道的在我们称之为经典域中描述自然的最准确方法，经典域是一切，除非你深入到非常小的事物——比如原子和分子。
爱因斯坦的理论如何与 引力波 ?
爱因斯坦在 1905 年到 1915 年的艰苦努力中建立了他的广义相对论，他在 1915 年 11 月完成了这个理论——仅仅在一百多年前。然后，他开始使用他开发的理论或这些定律进行预测。他做出的最重要的预测之一和最后一个主要预测是引力波应该存在。他在 1916 年 6 月预测到这一点，所以我们现在谈论的是距离引力波预测一百周年仅两个月。
他查看了预测，查看了当时的技术，并查看了可能在宇宙中产生引力波的事物，并得出结论，我们再也看不到它们了。我们永远不会拥有足够准确的技术。
他错了。我们去年九月第一次见到他们。
在从爱因斯坦的预测到最近发现引力波的时间线中，导致突破的转折点是什么？
嗯，有几个转折点。两个最关键的转折点来自两个特定的人。约瑟夫·韦伯 (Joseph Weber) 大约在 1960 年设计了一种方法，看起来它可能能够看到引力波，并开始努力寻找它们。他是第一个质疑爱因斯坦关于我们没有技术来做到这一点的格言的人。韦伯没有看到引力波。他以为他看过了一段时间，但实际上并没有看到他们。波浪比他希望的要弱，但他打破了人们认为你做不到的僵局，他激励了其他人。包括我。
第二个转折点是一个发明 麻省理工学院的雷维斯 但这个想法的种子更早来自俄罗斯莫斯科的 Mikhail Gertsenshtein 和 Vladislav Pustovoit。 Ray Weiss 发明了我们现在使用的这种技术，它与韦伯的技术不同。我们称之为干涉仪引力波探测，它基于引力波来回推动反射镜。您可以使用激光束测量大部分镜子。
Weiss 发明了这个，然后他分析了你必须面对的所有主要噪音来源，并描述了如何处理它们。 1972年，他为这种设计的前进提供了蓝图。这是一个蓝图，经过了各种方式的修改，但不是很大。这确实是一种经过数十年时间考验的设计，作为实现此目的的方法的指南。那是最大的转折点。
这很有趣，因为雷是一个谦虚的人，他认为在发现引力波之前他不应该在常规文献中发表这一点。所以他写了这篇论文，我认为这是我读过的最强大的技术论文。他撰写并发表在 MIT 内部报告系列中。对于像我这样对该主题感兴趣的人来说，它很容易获得。你必须去寻找它，因为它在常规文献中是不可用的。
既然已经探测到引力波，这个领域的下一步是什么？
嗯，这真的只是开始。当伽利略第一次在天空上训练他的光学望远镜并开辟现代光学天文学时，这是宇宙之外的第一个电磁窗口：光。我们使用短语“窗口”来表示我们用来寻找具有特定波长区域的辐射的某些技术。 1940 年代，射电天文学诞生了——用无线电波而不是光来观察。在 1960 年代，X 射线天文学诞生了。 1970 年代，伽马射线天文学诞生了。红外天文学也诞生于 1960 年代。
很快我们就有了所有这些不同的窗户，它们看起来都是电磁波，但波长不同。通过射电望远镜和 X 射线望远镜看到的宇宙与在光下看到的宇宙截然不同。同样的事情也发生在引力波天文学上。
引力波会被用来探索宇宙吗？
这就是我们现在正在做的。我们现在正在 LIGO 这样做。 我们已经宣布发现了两个相撞的黑洞。 还会有更多，我们会看到许多其他类型的现象，但我们只看到具有特定振荡周期的引力波。几毫秒的周期。在接下来的 20 年内，我们将看到周期为数小时的引力波。 
位于路易斯安那州利文斯顿的 LIGO 实验室（左）用于探测两个黑洞（右图）碰撞产生的引力波。图片来源：LIGO
使用类似于 LIGO 的探测器在太空中飞行，我们可能会在未来 5 年内使用射电天文学中涉及跟踪我们称为脉冲星的技术看到跨越数年的引力波。
我们可能会在接下来的 5 年内——肯定是在接下来的 10 年内，看到周期几乎与宇宙年龄一样长的引力波。通过它们在天空中形成的图案，我们称之为宇宙微波背景。
在接下来的 20 年内，我们将打开四个不同的引力波窗口，每个窗口都会看到不同的东西。我们将以此探索宇宙的诞生。所谓的宇宙“通货膨胀时代”。我们将探讨基本力的诞生以及它们是如何形成的。我们将使用引力波观察它们在宇宙最早的时刻诞生。我们将观看我们现在正在做的黑洞碰撞，但是巨大的黑洞碰撞。我们将看到恒星被黑洞撕裂。
我们将看到一系列我们以前从未见过的奇妙事物，而且随着光学天文学的发展，这种情况将持续数个世纪。这仅仅是开始。
你和克里斯托弗·诺兰一起工作过 保罗富兰克林建立科学和视觉 在后面 星际。 电影中的黑洞有多准确，Gargantua？
这是好莱坞电影中出现的最准确的表现形式。奥利弗·詹姆斯，首席科学家 保罗富兰克林 的公司 双负 ，在我的坚持下发明了一种全新的成像方式。从这个意义上说，它产生的图像更平滑、更准确。这就是 IMAX 电影所需要的。
我们使用了一套新的技术，但使用一套旧的技术，天体物理学家一直在构建像 Gargantua 的图像可以追溯到 1980 年。它首先由法国的 Jean-Pierre Luminet 完成。类似于 Gargantua 的黑洞图像在那里，但你很少在天体物理学文献中看到它们。这不是天文学家用望远镜实际看到的。 
Gargantua，电影星际穿越中描绘的虚构黑洞。（来源：华纳兄弟）
这是最高分辨率的版本，最引人注目的版本，也是最迷人的版本。但之前天体物理学家已经完成了准确的描述。
在影片中，布兰德教授解释说，当库珀从他的星际旅行中回来时，他就会解决重力问题。那是什么问题？
在电影中，地球在生物学上正在消亡，只剩下几百万人。布兰德教授和与他一起工作的人的任务是找出是否有可能将剩余的人从太空殖民地中抬离地球。他们没有火箭的力量来做到这一点。他们有能力在地球上建造太空殖民地，但没有火箭动力将它们发射出去。
在电影中，重力异常突然发生，这种开始发生的关于重力的奇怪现象向布兰德教授暗示，控制重力或改变其行为是可能的。
他想做的是将地球的引力减弱足够长的时间，以使用小型火箭动力将我们升空。然后的问题是学习如何利用这些异常。你在墨菲的卧室里看到了一个异常的例子——尘埃落下的图案。你能利用这些异常现象并真正降低地球的引力吗？
人类距离星际旅行有多远？
我认为我们可能会，但不会少于大约三个世纪。这是非常非常困难的。
有一些关于如何做的想法，通常涉及将人们置于持续几代人的太空殖民地。人们拥有的推进理念让我认为人类将在四个世纪中的三个世纪内实现。
阅读我们对这位获得奥斯卡奖的视觉效果艺术家的采访 星际 ，保罗富兰克林。
Robin Seemangal 专注于 NASA 和太空探索的倡导。他在布鲁克林出生和长大，目前居住在那里。在上找到他 Instagram 更多与空间相关的内容：@not_gatsby。
