引力波最早是由愛因斯坦的廣義相對論預(yù)言的,它的存在與引力的形式有關(guān)。 早在愛因斯坦之前,牛頓就發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。 牛頓認為,任何物體之間都存在吸引力,吸引力的大小與物體的質(zhì)量和距離有關(guān)。 這種描述雖然解釋了許多天體的運動,但對一些現(xiàn)象也無能為力,比如水星近日點的進動。 愛因斯坦采取了不同的方法。 他認為重力實際上是一種幾何效應(yīng)。 想一想,自由落體的物體的運動規(guī)則都是一樣的波物理學(xué)家,與物體本身的質(zhì)量無關(guān)(這里不考慮空氣阻力)。 基于這個想法,愛因斯坦創(chuàng)造了一種新的引力理論——廣義相對論。
根據(jù)廣義相對論,引力實際上是時空彎曲的一種表現(xiàn)。 任何有質(zhì)量的物體都會扭曲周圍的時空,時空的曲率隨著物體質(zhì)量的增加而變大。 在這樣一個彎曲的時空中,物體往往會加速相互靠近,這就是我們所認為的重力效應(yīng)。 著名物理學(xué)家約翰·惠勒對引力的作用給出了精彩的概述:“物體告訴時空如何彎曲,以及時空中高速物體如何運動。”
如果一個物體在時空中加速,比如繞軌道運行(速度方向改變),時空的曲率就會隨著時間而改變。 這種變化會以波浪的形式向外傳播。 這是引力波。 傳播速度就是光速。 牛頓引力理論中不存在引力波,因為引力效應(yīng)被認為是遠距離的瞬時作用。 根據(jù)廣義相對論,當(dāng)有質(zhì)量的物體加速時,例如地球繞太陽運行時或我們在地面上行走時,就會產(chǎn)生引力波,但引力波太弱而無法被探測到。 只有中子星合并或黑洞碰撞等災(zāi)難性宇宙事件才能產(chǎn)生足夠大的引力波以被探測到。
自從愛因斯坦預(yù)言引力波以來,天文學(xué)家就一直試圖探測它們的存在。 雖然天文學(xué)家此前已經(jīng)通過間接方法發(fā)現(xiàn)了引力波存在的證據(jù),但直到2015年9月14日,激光干涉引力波天文臺(LIGO)才首次直接探測到引力波。 這次引力波事件起源于13億光年外的兩個黑洞的碰撞,引起時空曲率的顯著變化。 毫無疑問波物理學(xué)家,引力波的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)成為人類歷史上最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。
因此,今年的諾貝爾物理學(xué)獎頒給了三位對引力波的發(fā)現(xiàn)做出巨大貢獻的物理學(xué)家:韋斯、巴里和基普。 他們的獎項絕對是當(dāng)之無愧的。 最后需要強調(diào)的一點是,引力波是科學(xué)的勝利,不應(yīng)該與一些民用科學(xué)聯(lián)系在一起。