《大众科学》 呈现 日常爱因斯坦，由 Quick & Dirty Tips 提供。《大众科学》和 Quick & Dirty Tips 均为 Macmillan 公司旗下。
上周标志着首次探测到引力波这一历史性声明的发布。举行了一场大型新闻发布会，世界各地的物理学家为此庆祝。这一发现甚至被比作伽利略第一次用望远镜观察天空。那么，为什么如此大张旗鼓？为什么引力波如此重要？
1. 引力波是观测宇宙的全新方式
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天文学家在整个电磁频谱中观测宇宙，从 X 射线和紫外线到可见光，再到无线电频率。每个频率范围内的辐射都提供不同的信息，从而为我们感兴趣的天文点提供不同的视角。
例如，我们知道银河系中心聚集着数百万颗恒星，它们主要在可见光波长范围内辐射，但银河系中心附近也有大量尘埃。因此，为了研究那些被尘埃笼罩的恒星，天文学家必须在红外波长（尘埃辐射的波长）或无线电波长（比更短的可见光波长更能有效地穿透尘埃）下观测它们。所有这些波长都为宇宙提供了独特的视角，但它们都是同一种光，即电磁辐射，因此表现出相似的、可理解的方式。
引力波是一种与电磁频谱上的任何事物都完全不同的全新现象。1915 年，阿尔伯特·爱因斯坦用他的广义相对论提出了看待引力的截然不同的方式。他没有将引力视为一种在不同方向上推拉大质量物体的力，而是将引力描述为时空弯曲的表现。换句话说，大质量物体周围的空间（和时间）是弯曲的，这决定了经过该空间的物体如何运动。
这听起来可能很疯狂，但我们实际上可以观察到爱因斯坦理论预测的许多效应。例如，广义相对论告诉我们，在地球上，时间流逝的速度比轨道上的 GPS 卫星慢微乎其微的幅度，这种效应被称为时间膨胀，是时空弯曲的结果。如果我们不调整卫星通信中这种微小的时间差异，我们将永远无法到达我们想要去的地方。
广义相对论框架的一个结果是，当物体在这种时空扭曲中加速运动时，它们会产生被称为引力波的涟漪。这些波在空间中传播，在一个方向上压缩空间，在另一个方向上拉伸空间。
预测这些波动的频率在人类听觉范围内。我们可以听到听到引力波，科学家和艺术家已经联手探索其声音的其他艺术诠释。
那么，为什么花了 100 年才探测到它们呢？这些涟漪非常微小，大约只有质子核大小的千分之一，因此我们需要发生非常剧烈的事件才能产生足够多的涟漪供我们探测。当然，我们还需要一个非常灵敏的探测器。