【第118期】科普一下:何謂「引力波」?

2016年2月12日,位於美國路易斯安那州的列文斯頓和華盛頓州的漢福德的兩個雷射光干涉引力波觀測站(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,縮寫為LIGO)幾乎同時探測到了來自於十幾億年前由兩個黑洞併和產生的引力波,震動世界!這是人類第一次直接探測到引力波,證實了愛因斯坦引力理論的最後一項預言,可謂一項里程碑式的發現,與此同時,也開啟了引力波實驗的新紀元!

整整100年前,愛因斯坦寫下的廣義相對論預言了引力波的存在,任何對時空的擾動都會以波動的方式傳播,被其他物質所感知。事實上,今天我們知道任何相對論性的引力理論都預言了引力波的存在。

探測引力波有多種方法,大致來說可歸於直接探測和間接測量。此前通過對脈衝

雙星系統(就是兩個離的很近的互相緊密環繞、快速旋轉的致密天體)數十年如一日的觀測,人們已經間接探測到了引力波。

引力波的直接探測指的是觀測到引力波對物質的直接作用。比如說,兩個黑洞圍繞著彼此相互旋轉,越轉越快、越靠越近最後並合成一個黑洞——這是天文學家預測一定在宇宙中大量存在,但是多年來苦於沒有辦法通過觀測證實的天體演化過程。一旦宇宙中發生了類似劇烈的極端天體過程,就產生了引力波信號,這種時空的「震蕩」會以引力波的形式在宇宙間幾乎毫無阻力地傳播擴散,慢慢隨著距離變大,這種信號的強度會越來越弱。