几十年前，物理学家意识到引力波不仅仅是短暂的现象。相反，空间中的这些涟漪应该留下永久的印记：在其尾迹中产生固定的扭曲。到目前为止，这种“记忆”效应仍未被探测到，但下一代引力波探测器应该能够找到它们。如果他们真的找到了，这将为检验我们对引力的理解开辟一条新途径。
爱因斯坦的记忆
1916年，阿尔伯特·爱因斯坦本人预言了引力波的存在，这是他的广义相对论的必然结果。空间本身的这些振动会从经历任何类型不对称加速的质量中向外扩散。引力波源的例子包括恒星爆炸、黑洞合并，甚至是一个人在办公室椅子上旋转！但引力是迄今为止最弱的力，而引力波只是其上的微小皱纹。爱因斯坦最终得出结论，尽管它们存在，但不太可能被探测到。
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近一个世纪后，一支富有进取心的物理学家团队最终证明爱因斯坦错了——通过证明他是对的。研究人员建造并使用了激光干涉引力波天文台（LIGO）来探测两个合并黑洞的特征振动模式。
大约在半个世纪前，LIGO 首次构思的时候，其他理论家发现了一些非凡的东西：引力波可以在穿过某个区域后永久性地改变空间。乍一看，这个结果似乎是不可能的，就像海浪永久性地扭曲不断变化的海面一样。波按定义是瞬态现象。如果你站在一个地方，一个波浪会从无到有地冲过你，升到顶峰，然后又退回到虚无。一旦波浪消失，它就消失了。
为了理解这种效应，即引力波记忆，我们必须记住爱因斯坦最初的洞见：任何不对称的动作、运动或事件都会导致引力波的产生。事实证明，引力波本身就表现出这种不对称性。
一个经过的引力波会扭曲空间，使物体更靠近，然后再将它们恢复到原来的位置。空间的这种扭曲本身就是一个不对称事件，它会产生新一轮的引力波，这些引力波会在第一波的尾迹中发出。这些新的波浪也会做同样的事情：扭曲空间并将物体拉近。然后，第二波会产生第三波，依此类推，一直持续下去。每一轮波浪都比上一轮弱，但仔细的计算表明，通过将无限生成的波浪的不断减少的贡献相加，会导致永久性扭曲：一旦初始波浪过去，两个自由漂浮的物体将永远保持彼此靠近。
当然，现实世界是复杂的。行星绕太阳运行，岩石碎片相互碰撞等等。这意味着记忆效应通常会被日常生活的变幻莫测所冲刷掉。因此，计算和预测依赖于理想化的场景，在理想化的场景中，我们想象两个物体不受任何其他影响。如果你站在一个物体上并测量到另一个物体的距离，在波浪过去后，你会发现该测量值比以前小。
值得庆幸的是，这种理想化的场景正是我们设计引力波探测器来复制的场景，这意味着我们有可能测量记忆效应。
LISA 的记忆
也许最令人惊讶的是，这种记忆效应的强度与初始波浪的引力影响大致相同（需要明确的是，这根本不大：即使是最强的冲刷地球的引力波也只会引起小于原子核宽度的位移）。然而，尽管有这种强度，但该效应至今仍未被探测到。目前，引力波记忆效应仍然是广义相对论的纯粹假设、未经检验的预测。
但理论家们强烈怀疑这种记忆效应的存在。毕竟，广义相对论（恼人地）迄今为止经受住了每一个可能使其预测失效的测试——或者至少找到了其计算中的裂缝。爱因斯坦最初用来预测引力波存在的相同数学方法直接导致了记忆效应。
那么，为什么我们没有测量到这种记忆效应呢？简而言之，还没有人去寻找它。要探测引力波记忆，你需要两件事。第一，你的仪器需要自由漂浮，以便“记住”引力波的印记。第二，你需要测量长时间尺度的引力波效应，因为记忆效应需要在初始波浪过去后一段时间才能积累起来。
我们目前的引力波探测器在这两个方面都失败了。LIGO 使用连接到摆锤的质量，摆锤会在波浪过去后机械地恢复其位置，从而掩盖了任何记忆测量。LIGO 的设计是为了调谐到短期的、高频的引力波爆发。
然而，这一切即将改变，最近宣布 LISA——激光干涉空间天线——已获得欧洲航天局的批准，预计将于 2035 年发射。LISA 将配备三个共轨卫星，这意味着各个元件将自由漂浮，并且其站点相距 250 万公里，LISA 将专门寻找低频引力波——检查并确认。
LISA 应该能够通过测量波浪穿过后太阳系内空间的永久性扭曲来探测引力波记忆。同样，尽管它们的来源非常巨大（LISA 将目标锁定为超大质量黑洞碰撞产生的波浪），但这些记忆效应扭曲将非常微小，不超过原子核的大小。
未来的记忆
当理论家设计新的实验测试时，他们希望得到两个同时存在的、矛盾的结果。LISA 发现记忆效应也不例外。一方面，这可以作为对广义相对论的又一次检验，对波浪记忆的确认探测将使爱因斯坦的理论更加稳健和强大。
另一方面，我们确实需要一种超越爱因斯坦的方法。我们知道他的理论是不完整的。它没有描述黑洞中心或宇宙最早时刻发生的事情。它与量子力学格格不入。它没有解释暗物质和暗能量，这两个共同构成宇宙内容 95% 的谜团。
如果我们未能看到记忆效应——或者发现记忆效应的强度与预测的不同——那么我们可能已经找到了相对论近乎坚不可摧的盔甲上的一个缺口，我们可以利用并撬开这个缺口，以揭示这个珍贵理论的更深层次的缺陷，并为我们制定更好的引力理论奠定更坚实的基础。
但即使我们没有发现缺陷，并且 LISA 测量的记忆效应与预测完全一致，这仍然会在其他方面有用。例如，当宇宙中某处两个巨大的物体碰撞时，它们可以从我们的视点以任何角度进行碰撞——我们没有很好的方法来确定该角度，这使得我们更难知道此类合并发生在多远的地方。对记忆效应的观测可以打破这种困惑，因为记忆效应具有不同的距离和视角依赖性，因此组合测量可以更详细地了解情况。
在另一项提议中，下一代恒星巡天应该能够看到整个过去引力波历史的综合效应，这些效应印刻在恒星自身的位置上。毕竟，引力波已经在宇宙中荡漾了数十亿年，在其尾迹中导致了无数的记忆效应扭曲。每个星系中的恒星都会以微小而微妙的方式相对于彼此移动——但我们可以随着时间的推移来测量这些方式。
这项工作的最终教训是，我们对固定空间的世俗观念是不正确和不完整的。引力波不仅会暂时改变和改变现实的结构，而且还会在其尾迹中留下永久的印记。任何两点之间的距离都在不断变化，这样做，我们宇宙最基本的方面之一也在发生变化。