引力波到底是什麼？愛因斯坦的預言被證實，宇宙中確實存在引力波

13億年前,兩個黑洞正發生合併事件。 這兩個黑洞的質量分別相當於36個太陽質量和29個太陽質量。 它們相互圍繞對方旋轉了數百萬年。 在這個過程中,它們的速度會越來越快,距離會越靠越近。 最後合併成了一個62個太陽質量的黑洞。 其餘的三個太陽質量的能量以光的速度向宇宙傳出引力振動。 在13億年後的2015年9月14號, 地球上一個簡稱LIGO的機構檢測到了這個信號, 正式確認了它就是愛因斯坦一百多年前做出的預言——引力波。 也是世界上首個探測到的引力波信號。 那麼引力波是什麼? 如果用牛頓的經典引力理論來看, 引力波根本不存在。 在牛頓的時代裏,時間和空間是很簡單的東西。 時間均勻地流逝,空間均勻地綿延, 整個宇宙都應該是一成不變的。 但愛因斯坦基於廣義相對論預言了引力波的存在。 愛因斯坦的廣義相對論是這樣描述的, 引力波以光速迅速擴散,充滿整個宇宙。 引力被認爲是時空彎曲的一種效應, 有質量的物體會使它周圍的時空發生扭曲, 物體的質量越大,時空就扭曲得越厲害, 時空在伸展和壓縮的過程中會產生振動, 這些振動就是引力波。 我們還可以將引力波想象成一塊石子投向水面產生的漣漪。 所以引力波還有一個好聽的名字,叫做時空漣漪。 也就是說,在宇宙中,兩個有質量的物質之間發生加速運動, 就會產生時空擾動, 而這種擾動帶來出的一圈圈漣漪就是引力波了。 那爲什麼引力波提出了這麼久,從來都探測不到呢? 就連提出它的愛因斯坦都因爲探測不到引力波而否認過它的存在。 其實主要還是因爲巨大質量的引力波源離我們太遠了, 而發生在我們身邊的引力波現象又小到無法捕捉。 所以想要真正探測到引力波,就得往大質量的天體裏找。 在上世紀60年代左右,就有人開始琢磨怎麼探測引力波了, 於是出現了最早的引力波探測器,長這樣,一個大驢頭。 它的基本原理就是,如果引力波的頻率跟它的共振頻率一致, 就會引起它的顯著收縮、拉伸。 公認的引力波探索先驅約瑟夫·韋伯曾宣稱, 用這臺機器探測到了引力波,但沒有一個同行能重複他的實驗。 後來人們發展出了激光干涉移位原理的探測器, 其中的典型代表就是美國的LIGO和歐洲的WIGO。 探測到這次引力波現象的是LIGO, 全稱是激光干涉引力波天文臺, 是藉助於激光干涉儀來聆聽來自宇宙深處引力波的大型研究儀器。 LIGO由兩個干涉儀組成, 分別位於美國漢福德區和路易斯安那州的利文斯頓。 探測到首個引力波信號沒多久, LIGO又探測到了第二個引力波信號。 還有一次發生在2017年震驚全世界的1016引力波事件, 這是來自遙遠太空1.3億年前的一次巨大撞擊, 長蛇座的星系NJC4993內的兩顆中子星合併。 除了產生引力波和電測輻射, 在合併事件發生兩秒後還接着發生了一次伽馬射線暴, 產生的伽馬射線X射線可見光和紅外光均被地球的探測器接收到。 我們捕捉到了來自1.3億年前的一秒鐘震動。 那麼什麼樣的大質量天體才能夠撼動產生可以被探測到的引力波呢? 前面提到的雙黑洞和雙中子星合併都可以, 它們屬於相互作用的致命雙星系統。 還有的就是超新星爆炸以及伽馬射線暴爆發。 引力波還有一個非常重要且獨特的性質, 就是它能夠不受星際介質的遮擋穿過行進途中的天體, 穿透那些電磁波不能穿透的地方。 這種獨特的穩定性爲我們帶來了很多之前未被觀測過的天文現象信息, 甚至是提供了一些觀測極早期宇宙的方式, 說不定以後可以像科幻小說中所寫的, 與其他星球文明實現超遠距離通信。 在過去的一個多世紀中, 天文學發生了革命性的變化, 天文觀測最初使用的是可見光, 但可見光僅僅是電磁波譜上的一小部分, 並非所有天體都會在這個波段產生很強的輻射。 更多有用的信息只能在射電段得到, 於是出現了射電望遠鏡, 繼而發現了脈衝星、類星以及其他一些極端天體現象。 除此之外,還有伽瑪射線、X射線、紫外和紅外觀測, 都爲天文帶來了新的認識。 現在,隱密波的出現也讓我們有了更多的期待。 這裏是宇宙天文館,記得關注我,我們下期再見。