谈谈引力波

金仲辉

中学生张华问：“近日报载美国科学家第一次直接探测到引力波的存在，何谓引力波，它的发现有什么意义？”

我们先来了解电磁波是如何产生的，一个静止的电荷在其周围空间产生了一个电场，当这个电荷做加速运动，它就在空间产生了变化的电场和磁场，这种变化的电场和磁场会在空间传播出去。即形成所谓的电磁波，与电场类似。一个物体在其周围空间会产生一个引力场。这个引力场对另一个物体产生力，这就是著名的万有引力，爱因斯坦在1916年提出的广义相对论预言，一个物体做加速运动时，会在空间产生类似电磁波的引力波，它携带着一定的能量。且以光的速度传播。

因为一般物体加速运动所产生的引力波是极其微弱的，所以无法用人工实验来证实引力波存在，宇宙中一些天体的质量十分巨大，它们的加速运动就有可能产生大强度的引力波，但这些天体距地球十分遥远，所以检测到引力波并非易事，1968年，一位名为韦伯的物理学家曾设计制作了一种引力波天线，并声称在近三个月的观察中曾两次接收到引力波信号，然而其他各国的实验小组都没有重复观测到韦伯的结果，因而他的发现没有得到公认，物理学家泰勒等人利用巨大的天线装置，对一个双致密星和它的一颗伴星之间的运动进行了四年多的监视性观测，1978年，他们确认了这颗双星的公转周期在稳定地变短，这是由于它们产生出引力波使双星的能量有所减少造成的，这个观测结果间接证实了引力波的存在，为此美国物理学家泰勒和赫尔斯获得1993年度的诺贝尔物理学奖。

2016年2月11日美国科学家在华盛顿的记者招待会上宣布，2015年9月14日北京时间17时50分45秒。位于利文斯顿和汉福德的两台大型激光干涉引力探测器几乎同时观察到由两个黑洞碰撞合并产生的引力波信号，持续时间不到1s，据研究人员估计。这两个黑洞的质量分别约为36个和29个太阳质量，合并后的总质量为62个太阳质量，3个太阳质量的能量以引力波的形式在不到1s的时间内释放，它经过约13亿年的时间才传播至地球，瞬间释放出的引力波能量虽然十分巨大，但经过了13亿光年传播到地球，已十分微弱，需要极为灵敏的探测器来探测。

直接探测到引力波的存在。它的意义不仅仅在于证实了100年前爱因斯坦提出广义相对论中引力波的预言，而且它提供了一种全新的方法来了解宇宙的起源和运行机制，今后我们观察宇宙不仅可以利用电磁波，还可以利用引力波，我国以中山大学为核心的科研机构在2015年7月启动了探测引力波的“天琴计划”。