引力波是啥？为啥爱因斯坦预言多年才被检测到？来涨知识

早在百年之前，爱因斯坦就预言了引力波的存在，然而，一直到近几年，它才被直接探测到，在这背后，是经历了长达一个世纪的科技追赶。

引力波的微弱本质

时空内部自身泛起的涟漪是引力波，其由大质量物体处在加速状态发生运动而生成。 单单这种波动是极为微弱细微的，就算是因巨大天体间发生碰撞从而引发，在传播到地球之际，对于时空所产生的扭曲程度也是微小到几乎可以忽略不计的。 举例来说，有一个源自遥远星系的引力波，当它经过地球的时候，或许最多只会把长达数公里的距离改变到比一个原子核的尺寸还要小。 就是这样一种展现出极端特性的微弱程度，是进行探测之时会面临的具有根本性的挑战。 在爱因斯坦所生活的那个时代，就连单单从理论层面来讲，怎样去测量这种效应，都确实是缺少具体可行的方案的，更不要说能够将其在实际当中去施行应用了。

早期间接证据的突破

难以进行直接探测，然而科学家寻得了间接验证的路径。1974年，美国出现了天文学家赫尔斯以及泰勒，他们发现了一个双中子星系统。历经长达数年的观测，他们察觉到两颗星相互绕转的周期在缓慢地缩短。此变化值同依据广义相对论计算得出的、因辐射引力波致使能量损失的理论值精准地吻合。该项研究尽管未曾“看到”引力波，却凭借极高的置信度证实了它的存在以及效应，并且在1993年得到了诺贝尔物理学奖。

韦伯棒实验的争议

在间接证据出现之前与之后，直接探测的尝试已然开始了。上世纪六七十年代的时候，物理学家约瑟夫·韦伯设计并使用了巨大的铝制圆柱天线，期望它能够如同音叉那样与特定频率的引力波产生共振。韦伯曾经宣称探测到了信号，然而其结果没办法被其他实验室去重复。这一争议揭示出了早期方法的重大局限：此类探测器对于频率极其敏感，并且容易受到地震、车辆通行等环境噪声的干扰，可靠性不够，最终没有被科学界广泛认可。

LIGO的革命性设计

创新的突破源自探测原理的根本性变革，激光干涉引力波天文台，也就是LIGO，摒弃了共振原理，转而采用激光干涉技术 ，通过检测两条相互垂直的长臂里激光往返时间的细微差别来探寻时空扰动 ，LIGO的每条臂长为4公里 ，还运用多重反射极大地延长有效光程 ，这种设计对不同频率的引力波更为敏感 ，靠多地多个探测器联合观测来排除本地干扰 。

世纪探测与黑洞合并

在2015年9月14日这天，LIGO首次直接探测到了引力波信号。经数据分析所示，引力波信号源自13亿光年外，是由两个质量分别为36倍以及29倍太阳质量的黑洞并合产生的。并合后的黑洞质量约为62倍太阳质量，有大约3个太阳质量的物质直接以引力波的形式释放出了巨大能量。这一重大发现，不仅径直证实引力波，还首次给出了黑洞双星系统存在的坚实证据，从而正式开启了引力波天文学的新时代。

未来展望与宇宙暗时代

引力波探测的意义并非仅仅在于验证一个百年的预言，它为我们开启了观测宇宙的全新窗口，电磁波会遭受星际尘埃的阻挡，然而引力波差不多能够毫无阻碍地穿越整个宇宙，这使得科学家有希望探测到传统光学望远镜无法看到的事件，像是黑洞的诞生、宇宙极早期的状态，科学家期望未来能够探测到宇宙大爆炸之后最初瞬间产生的原初引力波，进而窥视宇宙的起源，照亮当前根本无法观测的“黑暗时期”。

你认为，那引力波天文学接下来的极为重大的发现，可不可能是探测到宇宙大爆炸自身的“回声”呀？欢迎于评论区去分享你内心的看法，要是觉得当前这篇文章存在助益，请点赞给予支持。