爱因斯坦引力波的发现（科学家曾花费100年的时间）

1915年，爱因斯坦提出广义相对论（GR），这是关于引力场中物质运动的规律描述，而引力场是控制宇宙万物的四个基本相互作用之一，有物质就产生引力场。在系统阐述其广义相对论（该理论认为引力是大质量天体周围发生的时空扭曲）之后，阿尔伯特·爱因斯坦思考的一个问题是，当一个天体晃动时会发生什么。相对论发表第二年，他指出了该问题的答案，认为时空会产生涟漪，形成“引力波”，并以该天体为核心以光速向外扩散。

爱因斯坦认为，引力波是一种以光速传播的时空波动，它描述了具有质量的物体如何在时空环境下弯曲，就像一张紧绷的床单，然后将足球放在床单中心，具有质量的物体在时空下发生的弯曲，犹如足球周围出现褶皱的床单。

他和其他物理学家随即开始了争论：预测的引力波是否存在，或者它仅是新数学推论结果造成的人为现象。爱因斯坦本人也曾先后若干次改变立场。

根据爱因斯坦的广义相对论，引力波发生在一个巨大的天体突然加速运动，就像当恒星的超新星爆发时、或者当两个巨大的星体发生碰撞、或者两个致密星体合并，诸如中子星与黑洞这类星体的碰撞与合并。由于距离遥远，引力波能量到达地球时的信号非常微弱。所以很难被探测到。

100年以来，科学家一直在寻找引力波的存在，上世纪70年代，美国科学家在观测双星系统的过程中，发现引力波存在的间接证据，并因此获得1993年诺贝尔物理学奖。

100年来，不断有实验声称直接探测到了引力波，并造成过轰动效果，如20世纪60年代的韦伯实验，以及2014年的BICEP实验，但后来都被证明是乌龙。

２０世纪９０年代起，大型激光干涉仪引力波探测器开始在全球范围内兴建，真正拉开了引力波探测黄金时代的序幕。

美国分别在路易斯安那州利文斯顿市与华盛顿州小城汉福德市建造了两个激光干涉引力波探测器（ＬＩＧＯ）。ＬＩＧＯ拥有巨大的Ｌ形测量臂，每边各有４千米长，两端设有反射镜面。发出的一束激光沿着Ｌ形互相垂直的两边前进并被来回反射。一般情况下，激光由于干涉而互相抵消，探测器接收不到光信号，但一旦引力波经过，便会改变激光通过的距离，从而被观测到。

有了LIGO的帮助，2016年2月11日，美国（LIGO）正式宣布发现引力波。此次发现的引力波，来源于13亿年前两颗黑洞的合并。两颗不同质量的黑洞合并后，总质量减少，亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间，经过13亿年的漫长旅行，于2015年9月14日抵达地球，被LIGO的两台孪生引力波探测器，以7毫秒的时间差先后捕捉到。

引力波的发现有什么意义呢？引力波的发现将是物理学100年来最大的突破之一。到此，爱因斯坦全部预言获得验证，这为广义相对论GR画上完美句号。正如美国科学家所言，引力波的证实是GR的最后一个“拼图”，GR的其它几大验证早就被实验所证明，包括：水星近日点进动、光线在引力场偏折、引力红移、雷达回波时间延迟、黑洞、自旋进动。这也充分论证了广义相对论的正确性。

除此之外，引力波是物质和能量的剧烈运动和变化所产生的一种物质波，引力波的特点使它可以提供其它手段无法获得的信息。它提供了有别于电磁波的一个全新的宇宙观测窗口，是人类探索和认识宇宙的新途径、新手段。

科学家设想，引力波通信可以与遥远的宇宙实施联络，而减少干扰，假如借助引力波通讯技术，接收高智慧的外星人信息，人类获得更多宇宙的知识，他们将教会我们如何到宇宙深处找到新的家园，让我们逃离地球的险恶环境。

目前，中国也在开始引力波探测计划，比如太极计划、天琴计划等，跟电磁波一样，引力波也有不同的频率。而不同频率引力波，反映的是宇宙不同时期和不同的天体物理过程。美国人在地面上用两条4千米长的“胳膊”抓到的，属于高频引力波。但如果想研究质量更大、距离更遥远的天体，还需要去探测中低频段的引力波信号。而这就需要空间引力探测。

空间引力波探测所涉及的核心技术包括高精度超稳激光干涉仪、引力参考传感器、超高精度无拖曳控制、微牛级推进器、超稳超静卫星平台等，为此中国攻克所有技术难题，研制了太极一号，2019年8月底，中国科学院在酒泉卫星发射中心成功发射“太极一号”。

而“太极二号”将对绝大部分关键技术进行较高指标的在轨搭载验证，而“太极三号”将由三颗相距几百万公里的卫星组成，真正开始去探测各种引力波天体。

期待有一天，中国在“引力宇宙”中越走越远。