什么是引力辐射？它和电磁辐射有什么关系？

什么是引力辐射？它与电磁辐射有什么关系？”——赫尔曼·闵可夫斯基

当爱因斯坦提出广义相对论时，它不仅动摇了物理学200多年的根基，而且彻底摧毁了人们对时空的固有认知，取而代之的是一个完整的、可变的时空结构。相对论认为，在四维“时空”中，空间和时间各有维度，时空结构会因物质和能量的存在、物质和能量的运动而发生变化也会因为时空结构的变化而变化。从引力红移到物质的存在使星光弯曲，一系列令人难以置信的预测证实了相对论的有效性。

既然物质/能量的存在可以扭曲空间，那么物质的运动是否可以扰乱时空产生涟漪？当时爱因斯坦就是这么考虑的，所以他预言了引力波的存在。今天，什么是引力波？让我们从一种波浪开始，这可能是您最熟悉的一种：水波。

最常见的波浪：水波

让我们从一个完全静止的平坦湖泊开始。水面起初还算平静，没有受到任何外力的扰动。这类似于平面空间。如果我们轻轻地将一只昆虫放在水面上会发生什么？这类似于在太空中放置一个质量物体。

在上图中，我们可以看到昆虫稍微扭曲了水面。这是因为施加在昆虫身上的重力也会对水面施加一个力，导致水面弯曲。如果我们从高处把一个物体扔到水面上，我们会看到什么？

我们会看到水花飞溅，然后波浪向四周扩散。这种水波纹在生活中随处可见。当我们扰动水面时，波浪/能量会以一定的速度向外传播，这个速度是由波浪传播所经过的介质（水）的特性决定的。也就是说，介质决定了波传播的速度。

电磁波是如何产生的

如果我们开始研究一种量子化现象：光波，情况仍然相似，但不那么直观。虽然我们一直都能看到光，但我们永远看不到它是如何波动的。

光也可以看作是穿越时空的涟漪。它具有由其频率/波长决定的特定能量，它具有行进速度，即光在其传播的任何介质中的速度，并且它沿由条件决定的特定方向行进，然后沿着由时空曲率决定的路径移动。

但是这种光是怎么产生的呢？真正的光子是如何形成的？一种方法来自粒子（或反粒子）之间的直接相互作用：当任何两个相互作用的粒子相互作用时，就会产生光子。但是产生光子的概率是有限的。

但还有另一种方式，一种更有趣和相关的方式：带电粒子在磁场中移动。

当带电粒子在磁场中运动时，磁场会改变带电粒子的运动方向，这就是洛伦兹力，它的方向永远垂直于粒子运动的方向。但是，当带电粒子在磁场中移动时，它也会以光子的形式发出辐射：低能回旋辐射，或者在相对论（或加速）条件下，同步辐射。这是运动中的场和带电粒子的相互作用。

这种辐射不仅发生在地球上的实验环境中，也存在于宇宙的自然实验室中，比如最大质量最大的星系梅西耶87中心黑洞的“喷流”银河系附近。最后，我们来谈谈引力。

引力波是怎么产生的？

电有两种电荷（正电荷和负电荷），而引力只有一种：质量，或更准确地说，能量。虽然电场和磁场都能影响带电粒子，但引力只有一个场，称为引力场，它是由空间曲率引起的引力场。

然而，在我们的宇宙中，引力和电磁的情况是一样的：我们有“引力带电粒子”在引力场中运动。

虽然物理在技术上在细节上有点不同，但电磁力会发生相同的现象：辐射。然而在这种情况下，发射的不是电磁辐射，而是引力辐射！以光速穿过时空本身结构的涟漪，在它们移动时携带能量。从电磁辐射和引力辐射的产生机制我们也可以看出自然界的对称性。

引力辐射效应在不断变化的引力场中快速加速的质量中最大化，例如当一颗中子星与另一颗恒星的退化残余物合并或存在于紧密的衰变轨道中时。这也为我们探测引力辐射提供了机会。

这些时空波动是引力波或引力辐射，它们会导致任何介入物质或电磁辐射的幅度和方向发生非常特定的扭曲。

理论上，这些引力波可以通过长基线干涉测量法直接探测到，包括LIGO合作项目。

2016年2月11日，LIGO和Virgo科学合作宣布首次直接观测到引力波。该观测是在五个月前，即2015年9月14日使用高级LIGO探测器进行的。这次的引力波起源于双黑洞系统的并合。在最初宣布之后，LIGO仪器又检测到两个已确认的引力波事件，以及一个潜在的引力波事件。2017年8月，两台LIGO仪器和Virgo仪器观测到了黑洞并合的第四次引力波和双星并合的第五次引力波。

2017年诺贝尔物理学奖授予莱纳·魏斯、基普·索恩和巴里·巴里什，以表彰他们在直接探测引力波方面的贡献。

我们不仅探测到引力波，还观察到双脉冲星轨道在多年后因引力辐射而衰减，这与广义相对论在观测中的预测一致。另一方面，广义相对论也预测这些轨道衰变的机制是通过引力辐射释放能量。引力波的探测是对物理学最伟大理论的最有力证实。

什么是引力波？

它们是由大量携带能量的粒子通过引力场产生的一种新形式的辐射（引力辐射）。当这些粒子被加速或引力场发生变化时，辐射变强，随着时间的推移，它以光速带走能量，导致轨道衰减。这也是一个全新的天文学领域：引力波天文学！

其实我们的地球每天都在受到引力波的冲击，但引力是最微弱的力，我们无法感知引力波的存在。如果可以的话，我们应该能够看到一个物体在一个方向上被拉伸，在另一个方向上被压缩。这就是引力波对物体的影响。

在宇宙膨胀期间，除了产生大爆炸所需的条件外，还产生了引力波。我们看不到宇宙诞生后的38万年发生了什么，因为那时的宇宙对光是不透明的，但这并不能阻止引力辐射，所以如果我们能探测到大爆炸产生的引力波，就会为我们提供宇宙。关于出生的一些信息。