引力波的发现及感想

张新阳

摘 要：我们知道引力波是时空弯曲的直接结果，在平直时空里面是不可能有引力波的，只要有弯曲的空间就必然会产生引力波，这一发现填补了广义相对论实验验证的最后一块缺失的拼图。

关键词：引力波 引力波的探测

前言：对于引力波，大多数人可能在刚开始时都不太了解，从爱因斯坦的广义相对论里，我们可以很清楚的学习到，引力被普遍认为是一种效应，是由时空弯曲所引发的。这种弯曲是由于质量的存在而产生的。按照一般来讲，如果把体积提前给定，那么在相应的体积里存在的质量越大，那么在这个体积边界的地方相对应所产生的被叫做时空曲率的东西越大。当一个物体在时空中运动的时候，它带有一定的质量，这些物体的位置变化就可以由它们的曲率变化就可以反应。在有些特定环境下，有种传播现象叫做引力波，加速的物体能够以波的形式向外以光速传播，能够对这个曲率产生变化。

一、引力波

在物理学这个科学中，引力波是时空弯曲中的一小块儿波澜，它会以波的形式从辐射源慢慢向外传播，它的能量以引力辐射这种形式传输。引力波它有两个非常重要而且特别独特的性质。第一：引力波的波源附近不需要一些物质存在，这当然也就不会有电磁辐射所产生。第二：引力波可以随意传播，不受阻挡，这是针对于在它的传播途中的一些天体而言的。比如说光会被宇宙中的一些星际介质所遮挡拦截，但是引力波就不一样了，它可以完全不受影响。这两个特征让引力波本身可以附带一些我们意想不到的而且之前也没有被检测到的天文现象信息。而且以往每一个关于电子波谱的新的发现，都会给我们带来前所未有的新发现。天文学家们同样希望这次引力波也能够如此。

二、引力波的构想及其研究进程

关于引力波存在的构想，早在1916年，伟大的科学家爱因斯坦就根据他做提出的广义相对论预言了引力波是存在的。引力波的存在简单来说是因为广义相对论洛伦兹不变性，它引入了相互作用的传播速度有限的概念。相比较之下，引力波不能存在于牛顿的经典引力理论里，是因为牛顿的经典理论中假设物质的相互作用传播速度是无限的。

我们不能盲目的去探测引力波，可能探测到引力波的探测源包括致密双星系统，例如白矮星、中子星和黑洞等。如果把时空中运行的天体想象成蹦床上玩耍的孩子们，那么在时空上传播的引力波就如同由于孩子的蹦跳而激起的在蹦床表面的颤动。当两个黑洞相互绕转并最终碰撞在一起时，巨大的引力波向四面八方传播开，这就像在蹦床的中心有两个小胖子在使劲地跳跃，颤动就以波的形式向外传递。当蹦床上的颤动传递到蹦床上远处两个静止不动的蚂蚁处时，这两只蚂蚁之间的相对距离也被迫发生改变。类似地，在宇宙中原本静止的两个物体，因为引力波的到来而发生了相对位置的改变，这就是引力波探测器的工作原理。引力波的观测在很早之前就已经开始，许多不用国家的引力波探测器正在建造或者处于运行当中，比如 advanced LIGO（aLIGO），它从2015年9月份开始运行观测。

人们真正意义上的发现引力波是在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来源于双黑洞合并的引力波信号。2016年6月16日的凌晨，LIGO合作组又宣布探测到引力波信号：2015年12月26日03：38：53 （UTC），位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号；这也是继 LIGO 2015年9月14日探测到首个引力波信号之后，人类所探测到的第二个引力波信号。终于在2017年10月16日，全球多个国家科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次直接探测到来自于双中子星合并的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。

爱因斯坦在1916年发表的广义相对论虽然预言了宇宙诞生之初产生的一种时空波动也就是原初引力波的存在，但是在过去近几百年中，广义相对论中的其他预言比如说光线的弯曲、水星的近日点进动和引力红移效应都已被具体证实，只有原初引力波因为它的信号极其微弱，技术上太难测量，而一直没有被天文学家发现。

关于引力波的发现，我认为它首先填补了广义相对论实验验证的最后一块拼图，把广义相对论实验验证首次形成一个确定的整体，原初引力波的发现是支持广义相对论的又一有力证据，相对论所预言的所有实验现象全部被验证，实验与理论符合得都很好。同时，引力波的发现打开了观测宇宙的一扇新窗户。引力波能够被测量到，就意味着人们可以通过引力波一直追溯到大爆炸之后仅仅10的负35方秒的极早时期，所以引力波也可以作为另一种观测宇宙的手段。引力波天文学这门新学科的大门也由此产生。这一发现还有助于我们真正理解宇宙大爆炸原初时刻的物理过程，可能这个概念对大多数人包括我都比较抽象，但是引力波的發现确实可以在一定程度上帮助人们理解宇宙大爆炸原初时刻的物理过程。原初引力波可以原本的记录下宇宙以指数速度急剧膨胀，即所谓“暴涨过程”这个物理过程。最后，引力波的发现更加意味着对宇宙微波背景辐射的测量将会进入下一个重要的阶段。

三、总结

引力波的发现作为21世纪十分重大的物理发现，引力波一词也入选了“汉语盘点2017”活动年度候选字词，这对于当代大学生的影响是意义重大的。前几年在国内某节目上就有人提出引力波这一概念，但是被主持人和嘉宾打断并当面嘲笑，这在一定程度上就说明了一些人甚至是资深人士在科学发现上比较迂腐，所以引力波的发现也可以告诉人们科学是可以不断被发现的，没有说众多物理前辈们发现了太多的成果所以后辈们就只能仰望他们，科学史上的更多东西有待我们去研究和发现，心有多大，舞台就有多大，我们要以锐意进取、开拓创新的精神去创造新的科学财富，而不是在现有的科学发现面前望而却步，然后安稳的享用前人带给我们的一些发现和成果。

参考文献：

[1] 《人类再次直接探测到引力波，这意味着什么？》，腾讯

[2] 《人类首次发现双中子星碰撞出的引力波》，凤凰网

[3]百度百科