引力波

存在性引力波存在而且也真的无所不在，是广义相对论中一项毫不模糊的预言。所有相互竞争而且被"认可"的重力理论(...

存在性

引力波存在而且也真的无所不在，是广义相对论中一项毫不模糊的预言。所有相互竞争而且被"认可"的重力理论(认可：与现前可得一切证据能达到相当准确度的相符)所预言的引力辐射特质即各有千秋；而原则上，这些预言有时候和广义相对论所预言的相差甚远。但很不幸地，要确认引力辐射的存在性就已相当具有挑战性，更不用说要研究它的细节。

折叠编辑本段性质介绍

引力波是以波动形式和有限速度传播的引力场。按照广义相对论，加速运动的质量会产生引力波。引力波
引力波的主要性质是：它是横波，在远源处为平面波；有两个独立的偏振态；携带能量；在真空中有超距作用等。引力波携带能量，应可被探测到 。但引力波的强度很弱，而且，物质对引力波的吸收效率极低，直接探测引力波极为困难。曾有人宣称在实验室里探测到了引力波，但未得到公认。天文学家通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在 。例如，双星体系公转、中子星自转、超新星爆发，及理论预言的黑洞的形成、碰撞和捕获物质等过程，都能辐射较强的引力波。我们所预期在地球上可观测到的最强引力波会来自很远且古老的事件，在这事件中大量的能量发生剧烈移动(例子包括两颗中子星的对撞，或两个极重的黑洞对撞)。这样的波动会造成地球上各处相对距离的变动，但这些变动的数量级应该顶多只有10^-21。以LIGO引力波侦测器的双臂而言，这样的变化小于一颗质子直径的千分之一。这样的案例应该可以指引出为什么侦测引力波是十分困难的。

折叠编辑本段侦测情况

折叠天文学家们宣布探测到原初引力波

据新浪科技讯报道，北京时间2014年3月18日消息，天文学家们宣布探测到了原初引力波，这是138亿年前创造宇宙的大爆炸中产生的痕迹。这项发现被认为是一项科学界的重要里程碑。但当地时间2015年1月29日，BICEP2观测站宣布他们去年3月观测到引力波的已被证实来自宇宙的尘粒，而非原初引力波。

折叠"间接"证据支持引力波的存在

引力波

虽然引力辐射并未被清清楚楚地"直接"测到，然而已有显著的"间接"证据支持它的存在。最著名的是对于脉冲星(或称波霎)双星系统PSR1913+16的观测。这系统被认为具有两颗中子星，以极其紧密而快速的模式互相环绕对方。其并且呈现了渐进式的旋近(in-spiral)，旋近时率恰好是广义相对论所预期的值。对于这样的观测，最简单(也几乎是广为接受)的解释为：广义相对论一定是对这种系统的重力辐射给出了准确的说明才得以如此。泰勒和赫尔斯因为这些成就共同获得了1993年的诺贝尔物理学奖。

1959年，美国马里兰大学教授J·韦伯发表了证实引力波存在的消息，这引起了世界物理学界一阵狂热的激动。事情是这样的，韦伯首创用铝棒做"天线"，接收天体辐射的引力波的方法。为了提高灵敏度，"天线"很重，往往达到数吨；为了排除干扰，"天线"置于-270℃左右的超低温环境中。当时参加研究的有十几个小组，但只有J·韦伯宣布接收到了可能是来自其他天体的引力波信号。其后不断有人重复这个实验，但终未得到肯定的结果，于是激动之余，人们便只能叹息罢了。

射电天文学的蓬勃发展为物理学家们提供了新的探测途径。射电望远镜的探测本领比光学望远镜强得多，美国天文物理学家泰勒等人在1974年，靠着射电望远镜发现了一个双星体系--脉冲射电源(PSR1913+16)。按照广义相对论计算，双星互相绕转发出引力辐射，它们的轨道周期就会因此而变短，(PSR1913+16)的变化率为-2.6*10^ -12。而在1980年，他们也是采用精密的射电仪器，由实验行到观察值为-(3.2±0.01×10 ^-12，与理论计算值在误差范围内正好符合。这可以说是引力波的第一个定量证据。上述消息传开，引起物理学界的极大震动。科学家们信心倍增，为欢迎引力辐射这位宇宙"娇客"将开展更为广泛的探索研究。因为对引力波的探测不仅可以进一步验证广义相对论的正确性，而且将为人类展现出一幅全新的物质世界图景：茫茫宇宙，只要有物质，到处有引力辐射。

时空理论

超大质量天体相互碰撞可引发引力波

在欧洲引力波探测计划中，科学家在德国汉诺威的GEO600引力波观测站和意大利比萨的处女座(Virgo)引力波探测器处使用陆基引力波天线。德国汉诺威的GEO600引力波观测站的干涉仪臂长达600米，是德英联合项目；而处女座引力波探测器臂长更是达到3000米，是意大利、法国、波兰、匈牙利四个国家联合研究的项目。

根据相对论可知，高速运动的物体和宇宙中大质量的天体碰撞都会产生极强的引力波， 当这些引力波传到地球上时会变得微乎其微，因此地球需要极高灵敏度的引力波观测站来探测引力波。

科学家用激光干涉仪来探测引力波，这种仪器得机构由两条互相垂直的长臂组成，长臂的两端挂有两面高反射率的镜子，激光打入到仪器长臂后，从而激光束在镜子之间来回反射。而科学家对此进行由于光程差引起的微小变化的检测，这个微小变化仅仅有质子直径大小。

此外，对引力波的检测需要极其高的技术条件：比如隔离真空、隔离振动等。隔离振动包括外部环境致使的振动和内部设备引起的振动。

引力波监测需要多个地面站同时工作，这些地面站的探测装置都是相同的，这样可以最大程度上来减小仪器测试产生的误差；而在监测过程中，必须同时接收同样的信号，这样可以避免受到地面信号源的干扰，从而保证引力波信号源的探测的精准性。

德国马克斯普朗克引力物理研究所、德国汉诺威莱布尼兹大学的哈特穆·特格罗特博士通过监测比较认为： GEO600引力波观测站和Virgo引力波探测器在600HZ以上的中/高频波段的灵敏度十分相似。这对科学家来说是一件非常有趣的事，科学家可以通过此波段寻找超新星爆炸所产生的引力波，并在此基础上进行监测，可以节省时间和提高监测效率。

据已知研究表明，伽马射线是最强的引力波来源之一，而中子星或黑洞也都是引力波极佳的探测源。不过即使是中子星或黑洞碰撞所传到地球的引力波信号也非常微弱，因而能监测到的概率非常小。

折叠编辑本段观测意义

引力波的观测意义不仅在于对广义相对论的直接验证，更在于它能够提供一个观测宇宙的新途径，就像观测天文学从可见光天文学扩展到全波段天文学那样极大扩展人类的视野。英国天文物理学大师霍金表示，他相信这是科学史上重要的一刻。“引力波提供看待宇宙的崭新方式，发现它们的能力，有可能使天文学起革命性的变化。这项发现是首度发现黑洞的二元系统，是首度观察到黑洞融合。”

传统的观测天文学完全依靠对电磁辐射的探测，而引力波天文学的出现则标志着观测手段已经开始超越电磁相互作用的范畴，引力波观测将揭示关于恒星、星系以及宇宙更多前所未知的信息。

因为引力波直接联系着波源整体的宏观运动，而非如电磁波那样来自单个原子或电子的运动的叠加，因此引力辐射所揭示的信息与电磁辐射观测到的完全不同。例如对一个双星系统观测到的引力波的偏振揭示了其双星轨道的倾斜度，这类关于波源运动的宏观信息通常无法从电磁辐射观测中取得。

如果比较波长与波源尺寸的关系，宇宙间的引力波并不像电磁波那样波长比波源尺寸小很多，这使得引力波天文学通常不能像电磁波天文学那样对波源进行拍照成相，而是类似声波直接从波形分析波源的性质。 大多数引力波源很难或根本无法通过电磁辐射直接观测到（例如黑洞），这个事实反过来也成立；考虑到一般认为宇宙间不发射任何电磁波的暗物质所占比例要远大于发射电磁波的已知物质，暗物质与外界的唯一相互作用即是引力相互作用，引力波天文学对这些暗物质的观测具有重要意义。

引力波与物质的相互作用非常弱，在传播途径中基本不会像电磁波那样容易发生衰减或散射，这意味着它们可以揭示一些宇宙角落深处的信息，例如宇宙诞生时形成的引力辐射至今仍然在宇宙间几乎无衰减地传播，这为直接观测大爆炸提供了仅有的可能。

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