引力波

　　引力波在廣義相對論里，是時空本身的漣漪，是由帶質(zhì)量物體的加速度運動所生成。由于廣義相對論限制了引力相互作用的傳播速度為光速，因此會產(chǎn)生引力波的現(xiàn)象。相反地說，牛頓重力理論中的相互作用是以無限的速度傳播，所以在這一理論下并不存在引力波。

　　在1916年 ，愛因斯坦基于廣義相對論預(yù)言了引力波的存在。1974年，拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒發(fā)現(xiàn)赫爾斯-泰勒脈沖雙星。這雙星系統(tǒng)在互相公轉(zhuǎn)時，由于不斷發(fā)射引力波而失去能量，因此逐漸相互靠近，這現(xiàn)象為引力波的存在提供了首個間接證據(jù)。2016年2月11日，LIGO科學(xué)團隊與處女座干涉儀團隊共同宣布人類對于引力波的首個直接探測結(jié)果，其所探測到的引力波是源自于雙黑洞并合。2017年，萊納·魏斯、巴里·巴利許與基普·索恩因成功探測到引力波，而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。2017年10月16日，全球數(shù)十家科學(xué)機構(gòu)聯(lián)合宣布，從約1.3億光年外，科學(xué)家們首次探測到壯麗的雙中子星并合產(chǎn)生的引力波，及其光學(xué)對應(yīng)體。

　　時空中的漣漪

　　當愛因斯坦最早提出他的廣義相對論的時候，他徹底革新了我們原先對于時間與空間的概念理解。我們此前一直認為空間是恒定而不變的，物質(zhì)和能量存 在于其中。但 愛因斯坦的理論指出空間實際上與能量和質(zhì)量之間都是相互聯(lián)系的，并且隨著時間推移空間也在發(fā)生變化。如果只存在一個質(zhì)量物體，靜止地存在于時空之中(或者 處于勻速運動狀態(tài))，那么它所處的時空不會發(fā)生變化。但如果你加入第二個質(zhì)量物體，那么這兩個物體之間就會發(fā)生相互運動，互相會向?qū)Ψ绞┘右粋€加速度，在 這一過程中也就將造成時空結(jié)構(gòu)的改變。更加重要的是，由于存在一個大質(zhì)量粒子在引力場中運動，廣義相對論指出這一大質(zhì)量物體將會被加速，并釋放一種特殊的輻射：引力輻射。

　　這種引力輻射與你所知的其他任何種類的輻射都不同。它會以光速穿越空間，但它本身又是空間中的漣漪。它從被加速的物體帶走能量，這就意味著，如 果這兩個質(zhì)量 物體處于相互運行的軌道之中，那么隨著時間推移這個軌道將會逐漸收縮，這兩個質(zhì)量物體之間的距離將逐漸縮短。不過不要太過擔心，對于像地球圍繞太陽運行這 樣一個系統(tǒng)，相對而言這兩個天體的質(zhì)量還太小，而兩者之間的距離又非常巨大，因此在引力波耗散能量的條件下，這個軌道也將需要經(jīng)過10的150次方年才會衰減崩潰，如此長的時間早已遠遠超過了宇宙的年齡，事實上這也遠遠超過了已知所有恒星的壽命!然而對于相互繞轉(zhuǎn)的黑洞或中子星而言，它們之間存在的軌道衰 減效應(yīng)則已經(jīng)被觀測到了。

　　科學(xué)家們認為宇宙中可能還存在著我們尚未探測到的更高能的事件，如黑洞的相互合并。這類事件應(yīng)該會產(chǎn)生某種特征信號，而這樣的信號是可以被“先進LIGO”系統(tǒng)捕捉到的。

　　意義重大的引力波

　　這項發(fā)現(xiàn)將是對愛因斯坦廣義相對論的又一次證明，后者在將近100年前便預(yù)言了引力波的存在。但引力波被首次直接探測到的意義還遠不僅于此，它還有著更加重大的意義。作為時空本身的震動，引力波常常會被人和聲波進行對比。事實上，引力波望遠鏡能夠讓科學(xué)家們在光學(xué)望遠鏡“看到”某個現(xiàn)象的同時“聽到”它的“聲音”。

　　有趣的是，當LIGO項目在上世紀90年代早期尋求美國政府的資金支持時，它在國會面對的最大反對者竟然是天文學(xué)家們。美國佛羅里達大學(xué)廣義相對論專家，LIGO項目的早期支持者克里福德·威爾(Clifford Will)指出了出現(xiàn)這種情況的原因：“當時普遍的觀點是認為LIGO這個項目與天文學(xué)之間似乎關(guān)系不大。”而反觀今天的情況，人們對此的觀點已經(jīng)完全變化了。