什么是引力波？

引力是具有速度的“物质”

跟电磁波、声音甚至波浪一样，引力并不是从世界诞生之初就布满整个空间的，它具有一定的传播速度。

根据相对论，引力跟电磁波一样没有质量，因此引力传播的速度与光相同。

引力有些值得注意的性质：

假如我们把空间看做可塑造的，那么引力的可以扭曲空间，所以我们的世界并不存在绝对平直的空间。从二维的角度来看，我们可以用张直的气球平面模拟二维空间，把具有质量的东西放到平面上会发生什么呢？

没错，气球面会凹下去，形成一个坑。 如果是黑洞，那么这个坑就是个无底洞。如果放两个呢？没错会撞到一起（大家不妨想象一下，把太阳比作大石头，太阳的引力比作大坑，地球和其他行星比作有速度小球，小球在坑里转是啥情形？没错就是科学馆里面看到的样子！）

好了，相信大家对引力有点了解了，当然，我们生活在三维空间，我们的空间扭曲的方式并不完全像视频里的方式，但是可以想象一下大概是什么样子。

我们可以用向量场的方式描述空间形变：

实际上，在相对论的理论中更加准确的描述方式可以是这样的：

最短的距离并不一定是直线

在几何空间里，穿越两位置的最短路径是直线。然而在扭曲的时空里，最短路径就可能被扭曲成曲线了。小编这里用草图来向大家简单解释：

在平直的空间里，两点之间的距离看起来是直线，我们用网格来描述空间，并且把经过的点作个标记（网格不太整齐哈）：

我们为经过的空间位置加上标记

假如我们在直线附近加一个质量，周围的空间会变成什么样子呢？没错，它被扭曲了：

图中的黑色点表示有质量的物质

我们重新把经过的点标出来并且连线

好了，连线并不是直线

空间扭曲的观点更加能解释宇宙中的现象，比如没有质量的光也被扭曲的现象（引力透镜）。

解释了引力的一些简单性质，我们来看看啥是引力波。

加速运动的质量产生引力波

实际上我们只要用力挥挥手，都会产生引力波，根据相对论，物质在不同速度下具有不同的质量，所以在加速运动时，物质的质量会有波动，这样就能在周围的空间产生引力波动了。只不过相对论效应在低速低能世界里造成的影响非常小，所以我们日常根本感受不到。即便是大规模的宇宙活动，到达地球时其波动也很小了。

引力波跟声波有一定的可比性：

声音

• 声音由震动的物体产生，震动可看做往复加速运动

• 介质因震动而传播声音，声音在介质中传播时，介质会产生形变

• 声音传播具有速度，连续的震动能在连续时间上形成连续波

• 声音携带能量

  引力波

• 引力波由质量加速度产生，连续的质量往复加速度可引起连续 空间形变

• 引力波在空间上传播，并具有一定速度

• 引力波携带能量

• 我们可以把空间看做引力波的介质

  

虽然在原理层面上，声音跟引力波完全不同，但是上面这些性质却能让我们直观地理解引力波，超大质量黑洞合并（质量损失），脉冲星自转、超新星爆发等都是引力波的强有力来源。

如果只存在一个质量物体，静止地存在于时空之中（或者处于匀速运动状态），那么它所处的时空不会发生变化。但如果你加入第二个质量物体，那么这两个物体之间就会发生相互运动，互相会向对方施加一个加速度，在这一过程中也就将造成时空结构的改变。更加重要的是，由于存在一个大质量粒子在引力场中运动，广义相对论指出这一大质量物体将会被加速，并释放一种特殊的辐射：引力辐射。

这次科学家探测到的黑洞合并产生的引力波，就是由两个黑洞合并时的巨大质量损失产生的。

引力波影响公转

这以为着即便在没有阻力的宇宙中，相互绕行的系统（如太阳系）其中的动能还是会以引力波的形式散失，也意味着天体间距离会慢慢拉近！

所以即便没有任何影响，地球最终的还是会坠落到太阳上。

不过不要太过担心，对于像地球围绕太阳运行这样一个系统，相对而言这两个天体的质量还太小，而两者之间的距离又非常巨大，因此在引力波耗散能量的条件下，这个轨道也将需要经过10的150次方年才会衰减崩溃，如此长的时间早已远远超过了宇宙的年龄，事实上这也远远超过了已知所有恒星的寿命！

然而对于相互绕转的黑洞或中子星而言，它们之间存在的轨道衰减效应则已经被观测到了。这种散失的能量载体就是引力波。

怎么发现引力波

我们还需要知道的是，光速并不受空间扭曲影响（速度不变的光也随着引力波带来源的信息）。所以我们可以利用这种性质来发现引力。

我们整理下思路

• 空间变化使味着空间中两点的距离改变

• 光速不由空间扭曲改变

• 光的波长频率因空间波动产生变化

所以只要发现莫名的距离变化，就算捕捉到引力波了。

所以科学家发明了这个装置：位于美国的“激光干涉引力波天文台”（LIGO）

先进LIGO”设施包括两条互相垂直的长臂，长度均为4公里。将一束激光用分光镜分成夹角为90度的两束，然后两束激光分别被4公里外的反射镜反射回来并发生干涉，并且这样的反射可以来回进行多次，从而大大增加激光运行的路径长度。

由于频率和波长完全一致，在正常情况下，这两束激光应该是完全相同的，但是如果存在引力波作用，则会对这两束激光的波长频率产生影响，从而导致两束激光在叠加的干涉条纹上出现改变。这样的改变将能够让科学家们判断两个绕转天体各自的质量大小、它们之间的间距以及这一系统到地球之间的距离等丰富的信息。

之所以现在才发现，是因为引力波实观测值实在太小，比干扰因素小若干个量级，也只有在计算机技术十分发达的今天才有可能做到。

发现引力波又咋样？

科学家找引力波找了好多年了，有用共振方法的，有在南极放仪器的。引力波理论是相对论的一部分，历史上也被多次证实，只是没有直接发现而已。

“先进LIGO”是有史以来人类建造的最先进的引力波观测设施，因此也是最有希望能够窥见真实引力波信号的地方。该项目有超过1000名顶尖科学家参与其中，因而也使其成为规模最为庞大的引力波搜寻国际合作研究项目。如果所有科学目标都能够如预期中的那样达成，那么就在今晚，我们将一起见证一个全新天文学时代的开端。

　　

尽管这次的消息最早是由一位项目组之外的科学家劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss）最先披露的，因而也引发了外界的广泛批评——因为这样的消息理应是由当事方，也就是LIGO项目合作组来负责对外发布的。但不管如何，就在今晚，如果引力波被首次直接探测到的消息能够得到证实，那么这些都将显得不再那么重要，因为我们将会因此受益良多：我们将会再次确认爱因斯坦是对的，引力辐射是真实存在的，并且黑洞的合并过程的确会产生这样的引力辐射，而更重要的是，这样的引力辐射信号是可以被 从地球上探测到的。这将是一个全新的天文学领域，一个不需要望远镜的新的天文学领域，它将引领我们打开理解黑洞、中子星和其他难以采用传统方法进行观测的天体类型的全新视野。

或许未来的黑科技来自这个发现！（引力波通信？引力波武器？时空传送？）