2、什么是引力波：時空的漣漪

怎么簡單地理解物體和物體對于時空的影響呢？普林斯頓大學(xué)的John·Wheeler教授曾經(jīng)有一句，對物體在彎曲時空當(dāng)中的運動做了一個簡單的歸納，他說：“質(zhì)量保導(dǎo)致時空的彎曲，而彎曲的時空又決定了物質(zhì)的運動。”

愛因斯坦對彎曲的時空，從數(shù)學(xué)角度做了一個看似抽象而且簡單的描述，我們現(xiàn)在稱之為愛因斯坦方程（Gμν=8πTμν）。左邊的Gμν就代表了時空的幾何結(jié)構(gòu)，他就描述了彎曲時空到底是什么樣子的，多大的質(zhì)量導(dǎo)致彎曲的時空是什么樣子的；右邊是代表了彎曲時空當(dāng)中能量和動量的分布。盡管看到的這個方程非常簡單，但是往往簡單的東西是非常抽象的，所以求解也非常困難。

1916年，愛因斯坦做了一個假設(shè)，他假設(shè)在弱引力情況之下，他的方程（愛因斯坦方程）就描述了引力波在時空幾何當(dāng)中是按照光速傳播的。什么叫做弱引力呢？剛才說到，引力場等效于彎曲的空間，如果空間彎曲越大，那對應(yīng)的引力也就很大。那弱引力代表什么呢？彎曲的空間比較小。如果說黑洞所造成的空間彎曲很大的話，那太陽造成的空間彎曲就相對較小了，地球應(yīng)該就更小了。

假設(shè)宇宙當(dāng)中空間的彎曲只是太陽或者一些不那么致密的天體所造成的，在這種情況下，它的引力波就應(yīng)該是以光的速度在傳播的。另外，引力波是什么樣的振動呢？它的振動其實是指時空本身的振動。在日常生活當(dāng)中，比如向水塘里扔一個石子，會看到水面上的水波，這和一個東西扔到這個宇宙當(dāng)中，它會造成時空的振蕩是非常類似的。所以，我們通常把時空當(dāng)中的波動也稱之為時空的漣漪。引力波代表了時空本身的振動，而非時空當(dāng)中的振動。

引力波的效應(yīng)其實是非常小的，所以我們怎么去測引力波的變化呢？如果在半波長之內(nèi)，相距越遠的物體，那它引起的引力波的距離變化越大。如果我們能夠測到引力波在距離上的變化，我們就可以探知引力波的存在?，F(xiàn)在我們知道引力波是一個橫波，那什么是橫波呢？橫波就是它的運動方向跟振動方向是相互垂直的。

在這里（圖片5），中間畫了一個箭頭，這代表了引力波的傳播方向，如果兩個綠色的物體通常在沒有作用的時候，一直是保持恒定的，那么在引力波向下傳播過程當(dāng)，就會導(dǎo)致這兩個物體之間的距離發(fā)生變化。那到底會發(fā)生什么樣的變化、多大的變化呢？一方面是與引力波的強度有關(guān)系，另外一方面是與探測物體之間的距離有關(guān)系。那引起的距離的變化大約是多少呢？就是在這里（圖片5）所看到的，強度如果用h來表示的話，就是乘它們之間的距離，h乘以L，最終ΔL ～Lh就代表了距離之間的變化。