廣義相對(duì)論告訴我們，在非球?qū)ΨQ的物質(zhì)分布情況下，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)或物質(zhì)體系的質(zhì)量分布發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生引力波。在宇宙中，有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)如致密星體碰撞合并這樣極其劇烈的天體物理過(guò)程。過(guò)程中的大質(zhì)量天體劇烈運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)著周圍的時(shí)空，扭曲時(shí)空的波動(dòng)也在這個(gè)過(guò)程中以光速向外傳播出去。因此引力波的本質(zhì)就是時(shí)空曲率的波動(dòng)，也可以唯美地稱之為時(shí)空的“漣漪”。

根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，引力起源自質(zhì)量對(duì)空間的扭曲：在任何有質(zhì)量的物體附近，空間的織構(gòu)都會(huì)受到扭曲。但這個(gè)扭曲并不總是呆在那物體附近。愛(ài)因斯坦意識(shí)到這種空間的彎曲形變可以在宇宙中傳播，就像地震波在地殼里傳播那樣。然而它與地震波不同的地方在于，它可以在空無(wú)一物的太虛中傳播——并且還是以光的速度。假如有引力波在你眼前向你撲面而來(lái)，你會(huì)看到你前方的空間在上下或左右方向上，出現(xiàn)時(shí)而被拉伸時(shí)而被壓縮的效果。

引力波無(wú)處不在。除了黑洞碰撞會(huì)產(chǎn)生引力波外，地球、太陽(yáng)的空間運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生引力波，只不過(guò)地球和太陽(yáng)產(chǎn)生的引力波非常非常微弱，智能達(dá)到黑洞碰撞的千億分之一，以我們現(xiàn)有的技術(shù)還無(wú)法探測(cè)到這樣級(jí)別的引力波。黑洞合并很常見(jiàn)，科學(xué)家估計(jì)，在宇宙中每15分鐘就有一次黑洞合并事件發(fā)生。黑洞合并會(huì)創(chuàng)造強(qiáng)大的引力波，這也是我們現(xiàn)在可以探測(cè)到引力波的存在。引力波在被探測(cè)到之前我們無(wú)法知道黑洞碰撞是否會(huì)產(chǎn)生引力波，但現(xiàn)在我們探測(cè)到了引力波，引力波天文學(xué)的序幕由此拉開(kāi)。這一發(fā)現(xiàn)不僅僅驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的預(yù)言，也揭示了我們從來(lái)不知道的宇宙新行為。

中北大學(xué)物理學(xué)教授溫廷敦：

引力波是一種聲音嗎？

引力波和我們熟知的聲波、電磁波存在相同之處，它們的波源都是某個(gè)物理量的擾動(dòng)，并帶動(dòng)周邊相關(guān)物理環(huán)境的變化得以傳播，不同之處在于被擾動(dòng)的物理量不同。

先普及一個(gè)常識(shí)，我們看見(jiàn)的太陽(yáng)散發(fā)出來(lái)的刺眼的光，與我們看不見(jiàn)的收音機(jī)、手機(jī)、衛(wèi)星發(fā)射和接受的電磁波，其實(shí)是同一個(gè)東西?！翱梢?jiàn)的光”是頻率在某個(gè)范圍的電磁波。近代研究電磁現(xiàn)象有一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，電磁波的傳播速度是恒定的，也就是光速是一個(gè)固定的數(shù)值。無(wú)論是在火箭尾焰上出現(xiàn)的光，還是在一架列車上向外打手電筒發(fā)出的光，“光”這種東西是不會(huì)因?yàn)樘幵谶\(yùn)動(dòng)狀態(tài)下而提高速度的。

就是這么一個(gè)別人都“習(xí)以為?！钡膯?wèn)題，卻在愛(ài)因斯坦頭腦中縈繞了多年。最后，他提出了一個(gè)大膽的假設(shè)——光速不變，這是因?yàn)橐怨獾囊暯强?，它沿途?jīng)過(guò)的空間發(fā)生了折疊伸縮。

這是什么意思？當(dāng)某個(gè)人要加速的時(shí)候，道路突然變長(zhǎng)了，然后它到達(dá)某個(gè)地點(diǎn)的時(shí)間還是固定的。我愿意把它稱為一種聲音，但引力波并不是聲音，聲音以音速在空氣中傳播，而引力波則是以光速傳播，而且可以在真空中傳播。兩者都是一種震動(dòng)，但引力波是一種全新的震動(dòng)方式。LIGO天文臺(tái)將探測(cè)器連接到擴(kuò)音器，從而“聽(tīng)到”引力波的聲音。

引力波不僅能讓我們看到肉眼無(wú)法看到的宇宙空間在發(fā)生什么，還能讓人類了解宇宙的過(guò)去，合理推斷出將來(lái)會(huì)發(fā)生什么。這看似很神奇，但想想《西游記》中如千里眼、順風(fēng)耳、嫦娥登月等神奇的東西，現(xiàn)在不都實(shí)現(xiàn)了么。

太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院副教授薛海斌：

引力波探測(cè)影響深遠(yuǎn)

引力波的觀測(cè)意義不僅在于對(duì)廣義相對(duì)論的直接驗(yàn)證，更在于它能夠提供一個(gè)觀測(cè)宇宙的新途徑，就像觀測(cè)天文學(xué)從可見(jiàn)光天文學(xué)擴(kuò)展到全波段天文學(xué)那樣極大擴(kuò)展人類的視野。英國(guó)天文物理學(xué)大師霍金表示，他相信這是科學(xué)史上重要的一刻。“引力波提供看待宇宙的嶄新方式，發(fā)現(xiàn)它們的能力，有可能使天文學(xué)發(fā)生革命性的變化。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是首度發(fā)現(xiàn)黑洞的二元系統(tǒng)，也是首度觀察到黑洞融合。”

傳統(tǒng)的觀測(cè)天文學(xué)完全依靠對(duì)電磁輻射的探測(cè)，而引力波天文學(xué)的出現(xiàn)則標(biāo)志著觀測(cè)手段已經(jīng)開(kāi)始超越電磁相互作用的范疇，引力波觀測(cè)將揭示關(guān)于恒星、星系以及宇宙更多前所未知的信息。因?yàn)橐Σㄖ苯勇?lián)系著波源整體的宏觀運(yùn)動(dòng)，而非如電磁波那樣來(lái)自單個(gè)原子或電子的運(yùn)動(dòng)的疊加，因此，引力輻射所揭示的信息與電磁輻射觀測(cè)到的完全不同。例如對(duì)一個(gè)雙星系統(tǒng)觀測(cè)到的引力波的偏振，揭示了其雙星軌道的傾斜度，這類關(guān)于波源運(yùn)動(dòng)的宏觀信息通常無(wú)法從電磁輻射觀測(cè)中取得。

如果比較波長(zhǎng)與波源尺寸的關(guān)系，宇宙間的引力波并不像電磁波那樣波長(zhǎng)比波源尺寸小很多，這使得引力波天文學(xué)通常不能像電磁波天文學(xué)那樣對(duì)波源進(jìn)行拍照成像，而是需要像聲波那樣，直接從波形分析波源的性質(zhì)。大多數(shù)引力波源很難或根本無(wú)法通過(guò)電磁輻射直接觀測(cè)到（例如黑洞），這個(gè)事實(shí)反過(guò)來(lái)也成立?？紤]到一般認(rèn)為宇宙間不發(fā)射任何電磁波的暗物質(zhì)所占比例要遠(yuǎn)大于發(fā)射電磁波的已知物質(zhì)，暗物質(zhì)與外界的唯一相互作用即是引力相互作用，引力波天文學(xué)對(duì)這些暗物質(zhì)的觀測(cè)具有重要意義。引力波與物質(zhì)的相互作用非常弱，在傳播途徑中基本不會(huì)像電磁波那樣容易發(fā)生衰減或散射，這意味著它們可以揭示一些宇宙角落深處的信息。例如宇宙誕生時(shí)形成的引力輻射至今仍然在宇宙間幾乎無(wú)衰減地傳播，這為直接觀測(cè)大爆炸提供了僅有的可能。

物理學(xué)科資深培訓(xùn)師馮國(guó)龍：

從電影《星際穿越》談引力波

基普·索恩是美國(guó)物理學(xué)家，他曾是科幻電影《星際穿越》的編劇。索恩的頭銜很多：美國(guó)“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO）聯(lián)合創(chuàng)始人、加州理工學(xué)院物理學(xué)教授、幾代前沿理論物理學(xué)家的導(dǎo)師、開(kāi)創(chuàng)多個(gè)物理學(xué)分支領(lǐng)域的先驅(qū)、科幻電影編劇、科幻作家……

最重要的是，索恩在長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的引力波探測(cè)項(xiàng)目中，推動(dòng)構(gòu)建了一個(gè)全方位的研究“大生態(tài)”。除了推動(dòng)研究、試驗(yàn)，促進(jìn)合作之外，索恩認(rèn)為教育和科普尤為重要。他很早就曾對(duì)學(xué)生說(shuō)，希望能參與制作一部關(guān)于引力波和黑洞的電影，以激發(fā)更多年輕人投身自然科學(xué)探索。2009年，從加州理工學(xué)院退休的索恩，果真參與了科幻電影《星際穿越》的編劇和拍攝工作，成為好萊塢的“非著名演員”。

電影《星際穿越》中，主人公Cooper甚至通過(guò)引力波穿越時(shí)間和空間給女兒Murph傳遞信息。正如有篇著名的影評(píng)所說(shuō)：“能夠穿越星際的，不止引力波，還有愛(ài)。”在現(xiàn)實(shí)中引力波真實(shí)存在嗎？科學(xué)家們從來(lái)就沒(méi)有放棄過(guò)尋找引力波的蹤跡。

引力波是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中唯一還沒(méi)有被直接證實(shí)的預(yù)言（存在間接證據(jù)）。通俗地講，引力波是宇宙中一種特殊的“時(shí)空漣漪”，因此也可以將其想象成在時(shí)空中的微小起伏。具備物理學(xué)常識(shí)的人們都知道萬(wàn)有引力無(wú)處不在，但是為何引力波卻難以探測(cè)呢？實(shí)在是因?yàn)槿f(wàn)有引力太微弱了，只有當(dāng)質(zhì)量達(dá)到如太陽(yáng)、地球、月亮這樣的數(shù)量級(jí)，人們才能感覺(jué)到其存在，而引力波相比之下則更加微弱。