引力波最早是由爱因斯坦的广义相对论预言的,它的存在与引力的形式有关。 早在爱因斯坦之前,牛顿就发现了万有引力定律。 牛顿认为,任何物体之间都存在吸引力,吸引力的大小与物体的质量和距离有关。 这种描述虽然解释了许多天体的运动,但对一些现象也无能为力,比如水星近日点的进动。 爱因斯坦采取了不同的方法。 他认为重力实际上是一种几何效应。 想一想,自由落体的物体的运动规则都是一样的波物理学家,与物体本身的质量无关(这里不考虑空气阻力)。 基于这个想法,爱因斯坦创造了一种新的引力理论——广义相对论。
根据广义相对论,引力实际上是时空弯曲的一种表现。 任何有质量的物体都会扭曲周围的时空,时空的曲率随着物体质量的增加而变大。 在这样一个弯曲的时空中,物体往往会加速相互靠近,这就是我们所认为的重力效应。 著名物理学家约翰·惠勒对引力的作用给出了精彩的概述:“物体告诉时空如何弯曲,以及时空中高速物体如何运动。”
如果一个物体在时空中加速,比如绕轨道运行(速度方向改变),时空的曲率就会随着时间而改变。 这种变化会以波浪的形式向外传播。 这是引力波。 传播速度就是光速。 牛顿引力理论中不存在引力波,因为引力效应被认为是远距离的瞬时作用。 根据广义相对论,当有质量的物体加速时,例如地球绕太阳运行时或我们在地面上行走时,就会产生引力波,但引力波太弱而无法被探测到。 只有中子星合并或黑洞碰撞等灾难性宇宙事件才能产生足够大的引力波以被探测到。
自从爱因斯坦预言引力波以来,天文学家就一直试图探测它们的存在。 虽然天文学家此前已经通过间接方法发现了引力波存在的证据,但直到2015年9月14日,激光干涉引力波天文台(LIGO)才首次直接探测到引力波。 这次引力波事件起源于13亿光年外的两个黑洞的碰撞,引起时空曲率的显着变化。 毫无疑问波物理学家,引力波的发现已经成为人类历史上最伟大的科学发现之一。
因此,今年的诺贝尔物理学奖颁给了三位对引力波的发现做出巨大贡献的物理学家:韦斯、巴里和基普。 他们的奖项绝对是当之无愧的。 最后需要强调的一点是,引力波是科学的胜利,不应该与一些民用科学联系在一起。