简说“引力波”

引力波想象图

引力波是一种物理概念。

顾名思义，它指的是一种波。只不过是一种因时空弯曲而产生的波，以波的形式从源头向外传播，并以引力福射的方式传播能量。

引力波是爱因斯坦在广义相对论中提出的，他说物体在加速运动中会扰动时空，这种扰动就表现为引力波。

再形象一点，你可以这样去想象，向一个平静的湖面上扔进一颗石子，在石子掉进湖面的那个点便会有一圈一圈的涟漪荡漾开去，这是石子撞击（扰动）水面时产生的水波。引力波也类似于水波，只不过它是由天体在时空中的运动产生的，不象水波这样能让我们直观的看到，而且只有非常大的天体产生的引力波才有可能被探测到。比如超新星爆发或者黑洞与黑洞相撞的时候，但这种场面实在是太罕见了，难以遇到。所以，引力波提出一百多年来，却始终没有被直接探测到。

理论上，引力波从宇宙诞生时就应该出现了，并一直在宇宙中四散传播。只是经过了这么久的衰减，现在的能量可能非常弱了，这被科学家称做“随机引力波背景”。科学家在一个叫做“激光干涉引力波观测台”中，一直在4公里长的激光线内寻找这种比原子还小的空间扰动。

引力波

引力波的主要性质是：它是一种横波，传到足够远后为平面波；有两个独立的偏振态；它具有一定的能量；在真空中以光速传播等。

既然引力波本身携带有能量，理论上它就应该可以被探测到。又为什么一真没有探测到呢，科学家分析引力波的强度普遍很弱，物质对它的吸收效率又极低，想要直接探测到它是极为困难的。所以天文学家又想到了一种间接方法来验证它的存在。

比如：双星系统相互公转、中子星自转、超新星爆发，黑洞的形成、碰撞和捕获物质等过程，它们都能辐射出较强的引力波。不过这些现象都难遇，但宇宙这么大，存在这么久，在历史上某些地方一定发生过类似的事件。所以在地球上观测到很强的引力波可能是来自很远且很古老的某个事件，在这个事件中大量的能量发生剧烈移动。这样剧烈的波动会造成地球上各处相对距离的变动，但这些变动是极小极小的。如果以LIGO引力波侦测器的能力来说的话，它要侦测出小于一颗质子直径千分之一的变化来。这难度高吧。

爱因斯坦在广义相对论中描述道：具有质量的物体会弯曲时空。这就好比在一张紧绷的床单中心放入一个铁球，铁球会使床单向下塌陷。时空弯曲类似于这样，就像湖面上泛成的波纹，传播得越远，其能量会逐渐衰弱。当它们抵达地球时，可能已经变得非常之弱了，但也不是说完全探测不到。

由于引力波的穿透能力非常强，它所携带的信息可让科学家“直接观测”到超新星爆炸、伽马射线暴以及黑洞和其它宇宙中隐藏的秘密。能够探测到引力波会是一件具有重要意义的事。

超大质量天体相互碰撞可引发引力波

爱因斯坦说引力波是物体加速运动时给时空带来的扰动现象。而新发现的事实是，引力波其实是引力场本身的属性。它无处不在，在整个宇宙范围内随处都有，只是随着引力场强度的不同而不同。它也不是什么过去遗留下来的，而是引力场场强的另一种表现。

有科学家认为引力波的波长实际是频率极低的长波，正是因为这样才导至一直没有探测到引力波的存在。就是当初把它的性质搞错了，方向搞反了，它的波长不是如何的短，而是如此的长，所以才探测不到。其实引力波是可以随时随地就可以检测到的，对应着此时此地的引力场强度或重力加速度，就可以探测到相应的引力波的波长和频率。

引力波

早在1959年，美国马里兰大学教授韦伯发表了证实引力波存在的消息，这引起了世界物理学界一阵狂热。韦伯等人制造了6台引力波检验器，分别放在不同地点进行长期的检波记载。结果发现在各台检波器上都记录到一种相同的、不规则的“扰动”，并且证明它不是由声波、地震、电磁或宇宙射线干扰等引起的，据此，他们认为“不能排除这就是引力波”。然后，许多他国科学家也开始采用各种方法想要证实引力波的存在，但始终没有得到肯定的结果。

虽然引力波并未被“直接”观测到，但已经有明显的“间接”证据支持它的存在。随着科技的进步，射电望远镜的出现让美国天文物理学家泰勒等人发现了一个双中子星系统——脉冲射电源。根据广义相对论计算，双星快速互转会发出引力辐射，它们的轨道周期就会因此而变短，1980年，他们采用精密的射电仪器测得两颗紧密而快速相互绕转的中子星，其渐进式的轨道变化率刚好就是广义相对论所描述的值。这可以最简单的解释为：广义相对论一定是对这种系统的重力辐射做出了准确的推导才会如此相同。这可以说是引力波的第一个定量证据。上述消息传开，引起物理学界的极大震动。科学家们信心倍增，因为对引力波的探测不仅可以进一步验证广义相对论的正确性，而且将为人类展现出一幅全新的物质世界图景，茫茫宇宙，只要有物质，到处都有引力辐射。

因此，各种各样的引力波探测器陆续出现。经过科学家们的不懈努力， 2015年12月26日，美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号；这是继2015年9月14日探测到首个引力波信号之后，人类探测到的第二个引力波信号。紧接着，在2017年8月17日，激光干涉引力波天文台和室女座引力波天文台首次发现双黑洞并合引力波事件。

至此以后，引力波被科学界证实，它的确真实存在。

在以后，对引力波的研究必将进入一个更深的层次，它将引领我们去解开更多的宇宙奥秘。