引力波是本世纪确认存在的最重要的科学事件。一时间成为媒体热议的话题，民科也有人借机闹事。甚至有一个人声称自己发现了引力波，很可笑。看到很多网上的朋友对引力波还知之甚少，今天我们就来普及一下引力波的常识。
什么是引力波？引力波是100年前爱因斯坦在广义相对论中做出的预测。根据广义相对论，任何质量不为零的物体都会在时间空中弯曲，形成一个向外无限延伸的“场”。所有的物体，包括光，在这个弯曲时间空中只能沿着短程线运动，时间空弯曲的效果是通过引力表现出来的。
这样，牛顿的经典力学万有引力理论得到了质的升华，解释了万有引力的起源。根据时间空弯曲理论，任何有质量的物质，无论大小，都会弯曲其周围的时间空。
这些物质运动的变化会扰乱周围的时间空，形成一圈圈涟漪，像一块石头扔进水里，向远处扩散。这就是引力波，也叫时间空波纹。
这种波不是瞬时的，而是以光速传播。
既然我们周围都是物质，而且这些物质在不断的运动变化，会引起引力波，那么为什么从爱因斯坦的预言提出到现在的100多年里，科学家用尽了各种方法，始终没有探测到引力波的存在？这是因为:
引力波是非常微弱的波，很难探测到。重力是四种基本力中最小的一种，它的常数只有6.67 * 10-11n，这是两个1kg物质质心相距1m时的引力值。引力的这一特性使得小质量物体产生的引力波很难被探测到。比如我们根本感受不到两个人的重力，或者一架飞机，一座山。
所以不是小天体不发射引力波，而是很难探测到。
20世纪70年代，美国马萨诸塞大学的泰勒教授和他的学生霍尔斯，通过观察双中子星纠缠在一起的现象，用爱因斯坦的理论精确计算出了两颗中子星的轨道变化，从而间接证实了引力波的存在。他们获得了1993年的诺贝尔物理学奖，但是引力波的直接证据一直没有得到。
直到2016年2月11日，一群美国科学家宣布他们探测到了引力波的存在。这一发现被科学界认为完成了爱因斯坦广义相对论预言中最后一个缺失的“谜题”。爱因斯坦广义相对论预言的光弯曲、水星近日点进动、引力红移效应、引力透镜、黑洞、宇宙微波背景辐射等。都被确认了，除了这个。
这是一个里程碑式的发现，对未来宇宙天文学和宇宙观测的发展将具有不可估量的突破性意义。因此，雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什三位发现者被共同授予2017年诺贝尔物理学奖。
引力波探测的进展最早尝试探测引力波的是美国物理学家约瑟夫·韦伯，他设计并制造了一个共振棒探测器。它的核心部件是一根长2米，直径0.5米的铝条(上图)。原理是当引力波到达地球时，铝棒的两端会交错挤压拉伸。但前提是引力波的频率必须与铝杆的设计频率一致。这种探测有很大的局限性，几乎不可能探测到微弱的引力波。
虽然韦伯声称探测到了引力波，但一直存在争议，没有得到科学界的认可。1972年，科学家们在麻省理工学院举办了一次关于引力波的研讨会。两位科学家，一位名叫托尼·泰森，另一位名叫理查德·加韦恩，宣称韦伯的发现不存在，并指出了一些错误。
尤其是加韦恩，他顽固地不信任韦伯，韦伯非常沮丧。他们的争执愈演愈烈，准备互斗。就在打斗开始前，负责会议的菲利普·莫里森教授一瘸一拐地走上前来，举起拐杖将他们分开，争执不了了之。
虽然韦伯的探测结果没有得到认可，但他开创了引力波探测的先河，激发了许多年轻科学家对探测的兴趣。在他的共振探测器基础上，人们发明了基于迈克尔逊干涉仪原理的引力波激光干涉仪探测方案，引力波传感臂被激光取代，拓宽了韦伯探测器的频率限制很多，臂长也在1000米以上。
这样，引力波探测的频率和精度都有了很大的提高。人类第一次直接探测到引力波的存在，这是一种叫做“激光干涉引力波天文台”的装置，简称LIGO。2015年12月26日，世界时间凌晨3点38分53秒，LIGO首次探测到引力波信号。虽然这个信号只移动了这个探测器的4公里长臂十分之一质子直径的尺度，但它被灵敏地捕捉到了。
质子直径约为1.6 * 10-15m。这个规模有多大？我们与人类头发的类比很直观:人类头发最粗可达100微米，是质子直径的625亿倍。这一次，引力波干扰了探测器4公里长臂的振动，仅使其偏移了一根人类头发的1/625万亿。
这是现代科学所能达到的高度，而且这个高度还在不断上升。
据欧洲航天局介绍，计划中的空引力波项目eLISA(进化激光干涉空天线)是发射三颗卫星，将探测器的激光干涉臂延长至500万公里长，三颗卫星形成一个边长为500万公里的等边三角形。用这样的激光干涉术来探测引力波，精度会大大提高。
我国也在筹备类似eLISA的空间引力波探测项目，这是中山大学罗俊院士领导的“秦天计划”。将三颗卫星设置在地球上空 10万公里的轨道上，形成一个距离超过10万公里的等边三角形。
从这些迅速发展的引力波探测装置来看，上个世纪引力波之所以不能被直接证实，是因为引力波的能量太弱，当时的设备精度无法感受到这种微弱的振动。将来会探测到越来越小的引力波。
为什么黑洞碰撞产生的引力波经常被探测到？黑洞是宇宙中最顶级的极端天体。首先，它们质量巨大，最小的黑洞质量超过三个太阳质量。第二，引力是极端的。在它的史瓦西半径内，没有任何物质可以逃逸，甚至光也不例外；第三，角动量大的天体和物质，被黑洞的强大引力俘获，在其附近被撕碎，然后绕着黑洞旋转。在接近黑洞的事件视界(史瓦西半径的临界点)时，线速度可达每秒几千甚至上万公里，有时接近光速。
这样的黑洞碰撞，爆发出来的能量和引力波，当然更强大，更容易监测。自从发现引力波以来，已经证明黑洞碰撞的引力波最强大，其次是中子星的引力波。当然，在地球上探测到的引力波能量与引力波源与我们的距离成反比，即距离越近，探测到的能量越大。
人类第一次在两个黑洞相撞时探测到并证实了引力波的存在。科学家估计这两个黑洞的质量分别有36个和29个太阳那么大，加起来总质量大约是62个太阳。此外，三个太阳失去的质量转换成引力波，传播到Tai 空。引力波能量巨大，在生成时会发出强烈的伽马射线和万亿度的高温。
但是这两个黑洞的碰撞太遥远了，13亿光年。如此巨大的引力波已经传输了13亿年，到达地球时，涟漪空只推动探测仪器的4公里长臂移动了质子直径的十分之一。
除了黑洞，人类探测到的引力波来源于中子星。2017年10月16日，世界多国科学家同时召开新闻发布会，宣布人类首次从双中子星合并中直接探测到引力波。与以往不同的是，许多科研机构同时通过各种望远镜“看到”来自这一壮观宇宙事件的电磁信号。这一发现证实了引力波速度与光速的一致性。
这次碰撞发生在空1.3亿光年的深度，也就是说引力波用了1.3亿年才到达我们地球。根据科学家的估计，这次碰撞产生了大约300块地球质量的黄金，以及大量的重金属，如铂、汞和铀。碰撞产生了强烈的伽马射线爆发，达到了2万亿度的高温。
我们地球上的黄金等贵金属都是宇宙中这种极端事件产生的，地球本身不可能产生任何重元素。
2019年，LIGO探测到了另一次两颗中子星的碰撞。这个发现静悄悄的，没有任何科学机构观测到电磁信号。不过这一次，关于中子星的质量及其碰撞后的组合质量有了新的发现。发现这次碰撞中两颗中子星的质量达到了太阳的3.4倍，比之前在银河系中发现的任何中子星双星的质量都要大。
可见，引力波的能量不仅是黑洞的碰撞，还有中子星的碰撞。至今没有发现其他宇宙事件的引力波。当然，超新星爆发也会产生能量很高的引力波，我认为未来很容易探测到。
如前所述，引力波发现的意义和重要作用，将对天文宇宙学的发展和宇宙的探索具有重大突破意义。为什么这么说？这是因为引力波探测将弥补电磁波和光学探测的不足，可以探测到宇宙更远更深的情况。
我们知道，宇宙中存在的四种基本力中，引力和电磁力的范围是无限的。光学和各种无线电、射线都属于电磁力的范畴。虽然理论上可以探测无限远，但是光电探测有一个致命的弱点，就是会被物质吸收遮挡。宇宙中充满了尘埃和各种天体，因此，遥远的天体很容易被遮挡，很难探测到，或者说很难探测清楚。
根据大爆炸宇宙模型，从大爆炸到38万年，宇宙处于极度高温高密度状态。在这段时间里，电磁波被屏蔽，无法溢出，也就是各种波长的光被禁锢在宇宙浓厚的粒子汤里，这是人类的黑暗时期。
在这38万年间，宇宙发生了巨大的变化，经历了普朗克时间的普朗克温度，也就是大爆炸开始10-43秒时，宇宙的温度是10^32K，大小只有10-35m。后来在10-35秒的时候，出现了只持续了10-33秒的暴涨。在这短短的一瞬间，宇宙膨胀了100倍，也就是体积瞬间增大了10-30倍。
宇宙的四大基本力，各种粒子、电子、中子、质子，一直到中性原子的产生，都在这个时期。那么，这一切是怎么发生的呢？是否符合模型预测？如果仅仅依靠电磁波和可见光来探测，我们永远也不会知道。
因此，在引力波被发现之前，人们将这一时期的宇宙称为“过去视界”，哈勃体积之外的“未来视界”是人类无法探测到的两个禁区。
引力波的发现和证实，为人类探索这段黑暗时期带来了曙光。科学家们相信，只要未来人类的探测设备足够精密，总有一天，人类能够探测到38万年后从BIGBANG开始的那一刻到电磁波(光)出现之前这段黑暗时期的全部情况，他们将进一步了解宇宙的起源和变化过程。
虽然人类可能永远不知道“未来视界”，但通过研究宇宙的起源和目前的走向，我们基本上可以更准确地推断出宇宙的归宿。
因此，引力波的发现和证实是人类在天文宇宙探索上最大的进步，是爱因斯坦对人类贡献的新的里程碑。
看了这些科普介绍，不知道各位朋友对引力波有没有更清晰的认识？欢迎讨论，感谢阅读。
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