談談引力波那些事 等

廣義相對論告訴我們，在非球對稱的物質分布情況下，物質運動或物質體系的質量分布發生變化時，會產生引力波。在宇宙中，有時就會出現如致密星體碰撞合并這樣極其劇烈的天體物理過程。過程中的大質量天體劇烈運動擾動著周圍的時空，扭曲時空的波動也在這個過程中以光速向外傳播出去。因此引力波的本質就是時空曲率的波動，也可以唯美地稱之為時空的“漣漪”。

根據愛因斯坦的廣義相對論，引力起源自質量對空間的扭曲：在任何有質量的物體附近，空間的織構都會受到扭曲。但這個扭曲并不總是呆在那物體附近。愛因斯坦意識到這種空間的彎曲形變可以在宇宙中傳播，就像地震波在地殼里傳播那樣。然而它與地震波不同的地方在于，它可以在空無一物的太虛中傳播——并且還是以光的速度。假如有引力波在你眼前向你撲面而來，你會看到你前方的空間在上下或左右方向上，出現時而被拉伸時而被壓縮的效果。

引力波無處不在。除了黑洞碰撞會產生引力波外，地球、太陽的空間運行也會產生引力波，只不過地球和太陽產生的引力波非常非常微弱，智能達到黑洞碰撞的千億分之一，以我們現有的技術還無法探測到這樣級別的引力波。黑洞合并很常見，科學家估計，在宇宙中每15分鐘就有一次黑洞合并事件發生。黑洞合并會創造強大的引力波，這也是我們現在可以探測到引力波的存在。引力波在被探測到之前我們無法知道黑洞碰撞是否會產生引力波，但現在我們探測到了引力波，引力波天文學的序幕由此拉開。這一發現不僅僅驗證了愛因斯坦的預言，也揭示了我們從來不知道的宇宙新行為。

中北大學物理學教授溫廷敦：

引力波是一種聲音嗎？

引力波和我們熟知的聲波、電磁波存在相同之處，它們的波源都是某個物理量的擾動，并帶動周邊相關物理環境的變化得以傳播，不同之處在于被擾動的物理量不同。

先普及一個常識，我們看見的太陽散發出來的刺眼的光，與我們看不見的收音機、手機、衛星發射和接受的電磁波，其實是同一個東西?！翱梢姷墓狻笔穷l率在某個范圍的電磁波。近代研究電磁現象有一個重大發現，電磁波的傳播速度是恒定的，也就是光速是一個固定的數值。無論是在火箭尾焰上出現的光，還是在一架列車上向外打手電筒發出的光，“光”這種東西是不會因為處在運動狀態下而提高速度的。

就是這么一個別人都“習以為?！钡膯栴}，卻在愛因斯坦頭腦中縈繞了多年。最后，他提出了一個大膽的假設——光速不變，這是因為以光的視角看，它沿途經過的空間發生了折疊伸縮。

這是什么意思？當某個人要加速的時候，道路突然變長了，然后它到達某個地點的時間還是固定的。我愿意把它稱為一種聲音，但引力波并不是聲音，聲音以音速在空氣中傳播，而引力波則是以光速傳播，而且可以在真空中傳播。兩者都是一種震動，但引力波是一種全新的震動方式。LIGO天文臺將探測器連接到擴音器，從而“聽到”引力波的聲音。

引力波不僅能讓我們看到肉眼無法看到的宇宙空間在發生什么，還能讓人類了解宇宙的過去，合理推斷出將來會發生什么。這看似很神奇，但想想《西游記》中如千里眼、順風耳、嫦娥登月等神奇的東西，現在不都實現了么。

太原理工大學物理與光電工程學院副教授薛海斌：

引力波探測影響深遠

引力波的觀測意義不僅在于對廣義相對論的直接驗證，更在于它能夠提供一個觀測宇宙的新途徑，就像觀測天文學從可見光天文學擴展到全波段天文學那樣極大擴展人類的視野。英國天文物理學大師霍金表示，他相信這是科學史上重要的一刻?！耙Σㄌ峁┛创钪娴膷湫路绞?，發現它們的能力，有可能使天文學發生革命性的變化。這項發現是首度發現黑洞的二元系統，也是首度觀察到黑洞融合?！?/p>

傳統的觀測天文學完全依靠對電磁輻射的探測，而引力波天文學的出現則標志著觀測手段已經開始超越電磁相互作用的范疇，引力波觀測將揭示關于恒星、星系以及宇宙更多前所未知的信息。因為引力波直接聯系著波源整體的宏觀運動，而非如電磁波那樣來自單個原子或電子的運動的疊加，因此，引力輻射所揭示的信息與電磁輻射觀測到的完全不同。例如對一個雙星系統觀測到的引力波的偏振，揭示了其雙星軌道的傾斜度，這類關于波源運動的宏觀信息通常無法從電磁輻射觀測中取得。

如果比較波長與波源尺寸的關系，宇宙間的引力波并不像電磁波那樣波長比波源尺寸小很多，這使得引力波天文學通常不能像電磁波天文學那樣對波源進行拍照成像，而是需要像聲波那樣，直接從波形分析波源的性質。大多數引力波源很難或根本無法通過電磁輻射直接觀測到（例如黑洞），這個事實反過來也成立?？紤]到一般認為宇宙間不發射任何電磁波的暗物質所占比例要遠大于發射電磁波的已知物質，暗物質與外界的唯一相互作用即是引力相互作用，引力波天文學對這些暗物質的觀測具有重要意義。引力波與物質的相互作用非常弱，在傳播途徑中基本不會像電磁波那樣容易發生衰減或散射，這意味著它們可以揭示一些宇宙角落深處的信息。例如宇宙誕生時形成的引力輻射至今仍然在宇宙間幾乎無衰減地傳播，這為直接觀測大爆炸提供了僅有的可能。

物理學科資深培訓師馮國龍：

從電影《星際穿越》談引力波

基普·索恩是美國物理學家，他曾是科幻電影《星際穿越》的編劇。索恩的頭銜很多：美國“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）聯合創始人、加州理工學院物理學教授、幾代前沿理論物理學家的導師、開創多個物理學分支領域的先驅、科幻電影編劇、科幻作家……

最重要的是，索恩在長達半個世紀的引力波探測項目中，推動構建了一個全方位的研究“大生態”。除了推動研究、試驗，促進合作之外，索恩認為教育和科普尤為重要。他很早就曾對學生說，希望能參與制作一部關于引力波和黑洞的電影，以激發更多年輕人投身自然科學探索。2009年，從加州理工學院退休的索恩，果真參與了科幻電影《星際穿越》的編劇和拍攝工作，成為好萊塢的“非著名演員”。

電影《星際穿越》中，主人公Cooper甚至通過引力波穿越時間和空間給女兒Murph傳遞信息。正如有篇著名的影評所說：“能夠穿越星際的，不止引力波，還有愛?！痹诂F實中引力波真實存在嗎？科學家們從來就沒有放棄過尋找引力波的蹤跡。

引力波是愛因斯坦廣義相對論中唯一還沒有被直接證實的預言（存在間接證據）。通俗地講，引力波是宇宙中一種特殊的“時空漣漪”，因此也可以將其想象成在時空中的微小起伏。具備物理學常識的人們都知道萬有引力無處不在，但是為何引力波卻難以探測呢？實在是因為萬有引力太微弱了，只有當質量達到如太陽、地球、月亮這樣的數量級，人們才能感覺到其存在，而引力波相比之下則更加微弱。