一提起引力波,相信大家都不會陌生,引力波是時空結構的漣漪。宇宙中移動的物體會產生引力波,就像是一艘船在湖面上航行會留下波紋一樣。遙遠宇宙中極其劇烈的災難事件,這些事件包括黑洞合併、中子星碰撞等,都會在時空結構中產生強烈的引力波,而且會傳播得非常遠。當這些引力波在宇宙中傳播時,周圍的物質都會被它擠壓和拉伸。
從地球的角度來看,引力波是非常微弱的,所以探測引力波的技術只有在近幾年才出現。就像其它波一樣,引力波也會隨著距離的增加而減小,當它們到達地球時,已經是非常微弱了。黑洞合併和中子星碰撞產生的引力波,在行進許多光年之後到達地球,在此期間它將壓縮和拉伸其經過的空間和一切物質。在地球上,我們會隨著引力波變胖然後增高,只不過以一種我們察覺不到的範圍悄悄進行,它大概是原子直徑的千分之一。所以我們確實需要非常精密的技術才能看到引力波。
1915年,愛因斯坦首次在發表的《廣義相對論》中首次提出了引力波存在的假設。他提出引力以波的形式傳播的觀點似乎合乎邏輯:電磁波譜上的每一種光,從紫外線到可見光再到無線電,都是以波的形式傳播的。聲音也是以波的形式傳播,所以愛因斯坦認為引力也可以以波的形式傳播。根據愛因斯坦的計算,宇宙中極其劇烈的事件會使空間像鐘聲一樣響起。這與任何有質量的物體所產生的靜態、不變的引力場不同。
然而,在1915年後的幾十年裡,愛因斯坦自己都不相信引力波的存在。1936年,他和同事內森·羅森發表了一篇題為《引力波存在嗎》的論文,這篇文章因為一個數學錯誤被一家雜誌拒絕。就是因為這個錯誤使得愛因斯坦得出了錯誤的結論,認為引力波不存在。
但是,在改正這個錯誤之後,整篇論文的結論就截然相反,結果是引力波真實存在。即使已經從理論上再次證明了引力波的存在,但愛因斯坦仍然不相信,他認為引力波是如此微弱,以至於即使真的存在人類也無法探測到它。
事實上,愛因斯坦並不是唯一一個研究引力波的人。其它著名的物理學家也對引力波做出了重要的貢獻,其中包括羅伯特·奧本海默、羅傑·彭羅斯、卡爾·施瓦西、亞瑟·愛丁頓、基普·索恩和理察·費曼。這些名字大家是不是都耳熟能詳。特別是在1957年,費曼說服了懷疑者,引力波不僅存在,而且還能攜帶能量。費曼的工作為今天的引力波探測器鋪平了道路。2016年2月,LIGO宣布確認首次探測到黑洞合併產生的引力波。
愛因斯坦的另一個重要預言是,引力波將以光速傳播。通過測量引力波信號到達兩個LIGO天文臺之間的時間差,科學家們能夠確定愛因斯坦的預測是完全正確的。