引力波

　　引力波在廣義相對論里，是時(shí)空本身的漣漪，是由帶質(zhì)量物體的加速度運(yùn)動(dòng)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(huì)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(shí)，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(gè)間接證據(jù)。2016年2月11日，LIGO科學(xué)團(tuán)隊(duì)與處女座干涉儀團(tuán)隊(duì)共同宣布人類對于引力波的首個(gè)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(jiǎng)。2017年10月16日，全球數(shù)十家科學(xué)機(jī)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(shí)空中的漣漪

　　當(dāng)愛因斯坦最早提出他的廣義相對論的時(shí)候，他徹底革新了我們原先對于時(shí)間與空間的概念理解。我們此前一直認(rèn)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(shí)際上與能量和質(zhì)量之間都是相互聯(lián)系的，并且隨著時(shí)間推移空間也在發(fā)生變化。如果只存在一個(gè)質(zhì)量物體，靜止地存在于時(shí)空之中(或者 處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài))，那么它所處的時(shí)空不會(huì)發(fā)生變化。但如果你加入第二個(gè)質(zhì)量物體，那么這兩個(gè)物體之間就會(huì)發(fā)生相互運(yùn)動(dòng)，互相會(huì)向?qū)Ψ绞┘右粋€(gè)加速度，在 這一過程中也就將造成時(shí)空結(jié)構(gòu)的改變。更加重要的是，由于存在一個(gè)大質(zhì)量粒子在引力場中運(yùn)動(dòng)，廣義相對論指出這一大質(zhì)量物體將會(huì)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(huì)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(gè)質(zhì)量 物體處于相互運(yùn)行的軌道之中，那么隨著時(shí)間推移這個(gè)軌道將會(huì)逐漸收縮，這兩個(gè)質(zhì)量物體之間的距離將逐漸縮短。不過不要太過擔(dān)心，對于像地球圍繞太陽運(yùn)行這 樣一個(gè)系統(tǒng)，相對而言這兩個(gè)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(gè)軌道也將需要經(jīng)過10的150次方年才會(huì)衰減崩潰，如此長的時(shí)間早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了宇宙的年齡，事實(shí)上這也遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(rèn)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(huì)產(chǎn)生某種特征信號，而這樣的信號是可以被“先進(jìn)LIGO”系統(tǒng)捕捉到的。

　　意義重大的引力波

　　這項(xiàng)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(yuǎn)不僅于此，它還有著更加重大的意義。作為時(shí)空本身的震動(dòng)，引力波常常會(huì)被人和聲波進(jìn)行對比。事實(shí)上，引力波望遠(yuǎn)鏡能夠讓科學(xué)家們在光學(xué)望遠(yuǎn)鏡“看到”某個(gè)現(xiàn)象的同時(shí)“聽到”它的“聲音”。

　　有趣的是，當(dāng)LIGO項(xiàng)目在上世紀(jì)90年代早期尋求美國政府的資金支持時(shí)，它在國會(huì)面對的最大反對者竟然是天文學(xué)家們。美國佛羅里達(dá)大學(xué)廣義相對論專家，LIGO項(xiàng)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(dāng)時(shí)普遍的觀點(diǎn)是認(rèn)為LIGO這個(gè)項(xiàng)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(diǎn)已經(jīng)完全變化了。