引力波
時空曲率中的漣漪以光速傳播為波浪,在某些從其源頭向外傳播的重力相互作用中產生 / 维基百科,自由的 encyclopedia
在广义相对论里,重力波是时空的涟漪。当投掷石头到池塘里时,会在池塘表面产生涟漪,从石头入水的位置向外传播。当带质量物体呈加速度运动时,也会在时空产生涟漪,从该物体位置向外传播,这种时空的涟漪就是重力波[1][2]。由于广义相对论限制了引力相互作用的传播速度为光速,因此两个宇宙物体间万有引力的感应会产生重力波的现象,我们可以想像在平面上放置一颗重球移动后,造成平面的时空扭曲波扩散出去要一段时间,之后才会对远方的另一颗球产生影响。相反地说,牛顿重力理论中的交互作用是以无限的速度传播,所以在这一理论下并不存在重力波[3]。
由于重力波与物质彼此之间的相互作用非常微弱,重力波很不容易被传播途中的物质所改变,因此重力波是优良的资讯载体,使人类能够观测从宇宙深处传来的宝贵资讯。重力波天文学是观测天文学的一门新兴分支。重力波天文学利用重力波来收集对于剧烈天文事件的重力波波源资讯,如白矮星、中子星与黑洞一类的星体所组成的联星,超新星与大爆炸也是剧烈天文事件的重力波波源。天文学家可以利用重力波观测到超新星的核心,或者大爆炸的最初几分之一秒,利用电磁波是不足以观测到这些重要天文事件的[4]:212-213。
1916年,阿尔伯特·爱因斯坦即根据广义相对论预言了重力波的存在[5][6]。1974年,拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒发现赫尔斯-泰勒脉冲双星。这双星系统在互相公转时,由于不断散发重力波而失去能量,因此逐渐相互靠近,这现象为重力波的存在提供了第一个间接证据[7]。科学家也利用重力波探测器来观测重力波现象,如简称LIGO的激光干涉重力波天文台。2016年2月11日,LIGO科学团队与处女座干涉仪团队共同宣布,人类于2015年9月14日首次直接观察到重力波,其源自于双黑洞合并[8][9][10]。之后,又陆续多次观察到重力波事件,例如2017年8月17日首次探测到源自于双中子星合并的重力波事件GW170817。除了LIGO以外,另外还有几所重力波天文台正在建造[11]。2017年,莱纳·魏斯、巴里·巴利许与基普·索恩因成功观察到重力波,而获得诺贝尔物理学奖[12][13][14]。