引力波到底说什么？3分钟理解什么是引力波

引力波到底说什么？3分钟理解什么是引力波那么，引力波是如何被观测到的呢？例如，计算平面上等距分布的石头数量并测量距离。虽然乍一看它似乎能够正确测量距离，但在实践中，标准本身根据空间的扭曲而扭曲，因此基本上不可能捕捉到变化。换句话说，这就像用卷尺测量两点之间的距离。由于卷尺本身会根据空间的变形而变化，“1米”在任何情况下都将是“1米”。与其他宇宙中存在的力相比，重力非常微弱。因此，为了产生足够大的引力波被人类探测到，中子星和黑洞，或者它们的组合需要高速旋转，在这种情况下，一个巨大的质量以极高的速度进行运动就变得是必要的。这次成功观测的引力波也被认为是“时空涟漪”，它是由两个黑洞的旋转产生的。你可以以太阳为例来理解这一点。因为太阳的质量很大，它扭曲了太多的空间。扭曲的空间越大，产生的引力就越大，因此太阳的引力就越大。下图中显示的是黄色的太阳，但在被太阳以这种方式扭曲的空间中，像地球这样的行星在被引力抓住的同时正在旋转。此外，在这里，

2016年2月11日，美国科研人员宣布，他们利用激光干涉引力波天文台(LIGO)于去年9月首次探测到引力波。这一发现印证了物理学大师爱因斯坦100年前的预言。成功观测引力波有望给太空研究带来巨大进展，但什么是看不见的“引力波”，这探测到引力波成功意味着什么。

什么是引力波（重力波）？首先， 解释下“重力”。一个常用的例子是将宇宙比作一块巨大的橡胶板，然后将带有重量（质量）的球体放在那里。虽然橡胶板根据球体的重量而凹陷，这就是时空的变形，也是重力的来源。事实上，这很难理解，因为空间不像橡胶板那样是一个平面，但如果你认为这些事情发生在三维中，“时空扭曲”通常是可以的。

这种橡胶板随着质量的增加而下沉得更深。换句话说，密度越高，质量越大，周围的时空就越扭曲。

你可以以太阳为例来理解这一点。因为太阳的质量很大，它扭曲了太多的空间。扭曲的空间越大，产生的引力就越大，因此太阳的引力就越大。下图中显示的是黄色的太阳，但在被太阳以这种方式扭曲的空间中，像地球这样的行星在被引力抓住的同时正在旋转。此外，在这里，月球围绕地球旋转，在那里建立了复杂的三重引力平衡，这就是我感受宇宙乐趣和尺度大小的地方。

而“重力波”就是这样由质量物体的运动产生的，空间变形的变化，并以与光相同的速度传播到周围环境。这就是为什么引力波被表达为“时空涟漪”的原因。

这种引力波产生任何东西，只要它有质量和能量。例如，即使两个人在双臂折叠的情况下旋转一圈又一圈，时空失真也会发生，并且理论上会产生引力波。但是，由于此时发生的变化非常小，因此据说它等于不存在。

与其他宇宙中存在的力相比，重力非常微弱。因此，为了产生足够大的引力波被人类探测到，中子星和黑洞，或者它们的组合需要高速旋转，在这种情况下，一个巨大的质量以极高的速度进行运动就变得是必要的。这次成功观测的引力波也被认为是“时空涟漪”，它是由两个黑洞的旋转产生的。

那么，引力波是如何被观测到的呢？例如，计算平面上等距分布的石头数量并测量距离。虽然乍一看它似乎能够正确测量距离，但在实践中，标准本身根据空间的扭曲而扭曲，因此基本上不可能捕捉到变化。换句话说，这就像用卷尺测量两点之间的距离。由于卷尺本身会根据空间的变形而变化，“1米”在任何情况下都将是“1米”。

然而，有一件事是不受宇宙扭曲的影响的。这就是“光速”。如果两点之间的距离增加，则光线反射和返回所需的时间很长。

相反，当两点之间的距离变小时，所需的时间就会更短。包括LIGO在内的检测装置的原理是利用这种光的性质来检测空间的失真。

这是LIGO研究设施的照片。一条长长的隧道从中心的建筑物延伸到90度的V形。

两条隧道的长度各为4公里。激光从中心设施向隧道两端的镜子发射。

当引力波到达这里并在空间中发生扭曲时......

隧道的长度略有变化，激光反射回镜子的时间也随之变化。通过这种方式，它旨在检测由于重力波引起的时空失真。

为了检测这种失真，需要极高的精度。因为引力波引起的探测器距离的变化可以小到质子大小的 1/10000(10的负23次方)。也就是， 将一纳米（十亿分之一米）再次分解为十亿分之一，并进一步除以1000。

除了精度，但存在一个称为“噪声”的大问题。地球上的各种事件，例如地面上的轨道和雷电，都会影响测量结果。因此，研究团队开发了各种噪声消除方法，并设计了一种仅提取必要信息的技术。实际上，LIGO安装在两个地方，路易斯安那州的利文斯顿和华盛顿州的汉福德，就是其中之一。其想法是，为了探测来自外层空间的引力波，必须在两个测量装置上观察到相同的结果。

这次引力波探测成功的消息，将给空间研究带来很大的进展。这意味着，到目前为止还听不到的声音，似乎有一天会突然听到，这意味着在一个完全不同的维度上观察已经成为可能。虽然到目前为止的空间观测是基于对光和无线电波的观测，但通过在这里加入重力波，人们期望能够看到“看不见的东西”。

还应看到，此次发现系技术进步带来的天文与物理观测进展，虽然不可能颠覆已有理论，也不会有新物理产生。但多信使探测手段有助于对天体物理事件做精细的研究，甚至在未来为宇宙学探究打开新的窗口。