出品：科普中国
制作：黑洞来客团队
监制：中国科学院计算机网络信息中心
近日，《新科学家》杂志官网率先发布独家报道称，全球首次探测到引力波的美国激光干涉引力波天文台（LIGO），可能探测到另一种此前未被观察到过的新型引力波，即距地球1.3亿光年的长蛇座内NGC4993星系的两颗中子星合并产生的可见光信号，哈勃等多个望远镜可能已经“捕捉”到这一事件。
中子星合并模拟图，白色代表磁力线（图片来自《自然》杂志官网）
对于“波”，我们并不陌生，生活中时常会听到无线电波、电磁波、声波、光波等等，引力波也是波的一种，那么引力波又是什么呢？
天外飘来引力波
既然称之为引力波，它必然与引力有关。所以，在更深一步了解引力波之前，我们需要了解一下人类对于引力的认识过程。
17世纪末的物理学家牛顿看到了下落的苹果，意识物体之间普遍存在的一种力，称之为“引力”，并且将其数学化，这就是我们熟知的万有引力。
万有引力认识的精髓是物体质量的存在导致了引力，这在牛顿之后的两百多年里被认为是宇宙间的绝对真理。
牛顿与万有引力（图片来自网络）
直到1905年狭义相对论发表，再到1915年广义相对论的发表，爱因斯坦提出了一种完全不同的对于引力的看法，引力是因为质量对于时空造成了变形所导致，而非质量之间的吸引。
爱因斯坦与广义相对论（图片来自网络）
这就意味着，我们时空可被当做一种可以变形的介质来认识。所以引力波，简单来说，就是时空自身的波动。相比较我们熟知的无线电波（或者电磁波），它仅仅是在时空之中传播的，时空是它的媒介。
引力波探测：几十年上下求索
自从广义相对论预言引力波之后不久，人们便开始追寻引力波。到今天，已经度过了几十个春秋。发现引力波有什么意义呢？
首先，引力波探测证实了爱因斯坦以及合作者的预言，再一次验证了广义相对论。
其次，就像电磁波和放射性现象一样，引力波是人类了解这个宇宙的新窗口。引力波的发现标志着人类进入了一个新的时代，开创了人类了解世界的新方式。（1887年赫兹发现电磁波时，谁能想象130年后，电磁波已经走进每个家庭。1896年贝克勒尔发现放射线的时候，谁能想到现在每一家医院都能留下核物理的足迹。）
宇宙（图片来自网络）
再次，引力波可以提供宇宙发展演化的信息，有助于我们进一步了解宇宙（诸位还记得2014年BICEP卫星宣称发现了原初引力波吗？后来确定是来源于星际尘埃的干扰。原初引力波可以反映宇宙早期的性质）。
引力波为黑洞做名片
在引力的世界中，我们的宇宙通常是平静的。可是在北京时间2015年9月14日17点50分45秒，地球上的LIGO探测器却探测到了来自于宇宙深处距离地球13亿光年之外的一场引力风暴，来自于一个双黑洞系统的合并，以它的探测日期命名为 GW150914。
引力波第一次直接真正地验证了黑洞的存在。因为合并之时和之后，引力波的产生是黑洞视界面变化的效果，所以这直接验证了黑洞在宇宙当中的存在。
目前探测到的黑洞分布（图片来自美国astronomy杂志2014年10月期）
尽管引力波的探测和数据处理是非常的复杂，但是一旦引力波信号被合理的提取之后，通过一次的引力波探测，我们就可以知道有关黑洞的所有信息，质量和自旋。从这个意义上来讲，引力波将极大的加速我们对于黑洞的研究和认识。
为一窥宇宙初生
毫无疑问，引力波是对广义相对论的一个最直接的验证。引力波以光速传播，它与物质的相互作用非常非常的弱，所以引力波可以给我们提供宇宙几乎无阻挡的图景，而这个几乎是无法利用我们熟知的电磁波来达到的。
引力波音频（图片来自LIGO新闻发布会直播截图）
就如同一个天生的聋哑人，一直在听别人说声音的存在，突然有一天听力恢复了。引力波是一种方式，是一种看待世界的方式。历史的发现轨迹告诉我们，每一扇新的窗口被打开，都会有令人称奇的发现。
虽然LIGO的探测能力还是有限，一旦这个引力波的世界被撬开了一道小的裂缝，让我们看到了春天的种子，相信硕果累累的引力波丰收季节也不会太远。
“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。
