1. 引力波有什么用，是继续直线前进还是会被引力波弯曲？

当光遇到引力波，是继续直线前进还是会被引力波弯曲？

引力波曾经是炙手可热的话题，尽管这几年随着时间渐渐有些降温，但依然能勾起大众极大的兴趣。前阵子就看到了引力波碰到光这个非常好玩的话题，一个是中子星合并，甚至是黑洞和原初大爆炸的信息使者，另一个则是宇宙中难以逾越的速度-光，两强相遇，谁会认怂？

引力波是什么？

其实要了解引力波是什么，必须先来了解下引力是怎么产生的，直接说引力波的都是流氓，因为连引力都没交代，哪来的引力波？

1、以太时代

曾经牛顿借用了亚里士多德“以太”的概念解决了引力在真空中传播的问题，但在牛顿以后的数百年时间里，这个以太的问题一直困扰着科学界，一直到1887年迈克尔逊-莫雷实验证明了“以太”子虚乌有，这很有趣，因为牛顿无法解释他发现的万有引力传递媒介，赤裸裸的成了超距作用！幸亏牛顿已经已经去世150多年，否则让他脸往哪里搁呢？

2、广义相对论时代

1916年爱因斯坦发表的广义相对论将经典力学时代的科学家从以太的大坑里拉了出来，广义相对论认为引力是质量弯曲周围时空的直接表现，就像一个球放在蹦床上，它周围会出现一个凹面。

这个解释其实比牛顿的万有引力更通俗易懂，因为大质量的坑比较大，小质量在这个大坑边缘公转时必须保持一定的速度才不会掉进坑里。

这很容易理解是因为我们在马戏团表演时就看到过，只要车速足够，就会在“离心力”的作用下紧贴在内壁而不会掉下来。

广义相对论认为，引力是质量在时空中的表现，而弯曲的空间充当了引力的媒介，这个完美解释解决了水星进动问题，也预言了1919年的日食观测时的星光被太阳引力弯曲，爱丁顿爵士亲自带队验证了整个过程。

3、引力波是什么？

引力波的定义是时空的涟漪，那么是哪些方式会引起时空的涟漪呢？有两类，一类是质量的运动，另一类是质量的改变，两种方式都可以发生弯曲空间的波动。

天体运动对周围时空的波动，与天体的质量与运动速度有关系

另一类则是双中子星或者黑洞的碰撞合并，超大质量的运动以及合并都会对周围的时空产生极大的波动，当然还有更遥远的宇宙大爆炸也能会产生引力波，我们将那种引力波称为原初引力波。

LIGO如何探测引力波？

光遇到引力波的运动方式其实就是我们探测引力波的原理，下面先来了解下LIGO是怎么样来探测引力波的。

其实LIGO的引力波探测器原理与迈克尔逊-莫雷实验的光干涉仪非常相似，LIGO的探测原理是将一束频率稳定的单色激光用分光镜分为两束，严格调整两束光的反射距离，精确到两束光重新汇聚到分光镜上时，是相抵消的，在检测信号的光电管这边输出是平直的信号，当引力波扫过这束激光时，由于引力波是时空弯曲的涟漪，因此两束光的光程会发生变化，最终汇聚到分光镜上时原本相消的条件被破坏，光电管检测到信号，那么可以根据相消的程度得到引力波的相关信息

两束光相消的与增强的原理，强度相同，相位相反是会相消的，这是引力波天文台探测最基本的原理。但这只是表面上的，等下我们说明为什么相位会发生变化。

上图是2015年9月14日首次直接探测到的双黑洞合并引力波形，a是LIGO在华盛顿汉福德检测到的波形，b是路易斯安那州的利文斯顿检测到的波形，两者振幅一致性非常高，这表示绝不是干扰。

对引力波信号的分析出两个天体的合并过程，当合并成一个后，振幅消失，时空趋向于平静。

下面我们来说说为什么两束光相位完全相反可以相消的光为什么相位会发生变化。这是因为当引力波扫过两束光时由于引力波到达的时间不一样（光速），因此两束光走过的距离会发生轻微的变化，也就这束光波长会被拉长或者压缩，最终叠加后的波形无法彻底消除，在光电探测器上留下了信号。

光遇到引力波会怎么样？

首先我们要理解一点，光在时空走的路径是最短的，无论时空如何，它走的永远都是最短的那条路径，那有很多朋友会有疑问了，既然光走的是最短路径，它为什么在太阳附近绕了弯路？

其实各位都理解错了，在弯曲的时空中光依然走的是最短路线，就像地球上两点之间你所谓的直线就是弯曲的，因为地球本身是一个曲面。所以当光碰到能弯曲时空的引力波时光的表现犹如一个服服帖帖的小弟，时空怎么弯曲它就怎么走，波浪形的时空它就会走出波浪形的路径，但请注意，这依然是最短路径。

如果不太容易理解，你可以把这个GIF图上的花纹想象成光线即可。或者理解成大浪中风雨飘渺的小船一样。

2. 五年前提起引力波的下岗工人？

那节目我后来看过，是张绍刚主持的《非你莫属》一个求职类的节目，当初郭英森作为求职者登上舞台，一开口就是自己有具备争夺诺贝尔奖实力的新理论和新发现。他声称自己的发明将使汽车行走不需车轮，人类长生不老。他展开手稿，解释了一下自己的理论，其中提及到“引力波”这个名词。节目嘉宾、科普作家方舟子一脸挖苦的笑容，点评说，郭英森可能连初中都没有学好，只记住了什么引力波物质波之类的术语。诺贝尔哥一脸不服，又展示了一个数学公式。方舟子仍是讥笑嘲弄。此后，郭英森还想讲解被一再打断。另一名嘉宾想追问一下细节，被张绍刚阻止。最后留灯阶段，还有3个人留灯，又因灭灯嘉宾鄙视留灯嘉宾，引发了一场撕战。事情的过程基本就是这样，首先我个人看完的感觉就是，无论当时的主持人张绍刚还是嘉宾，尤其是方舟子都做的有些过分了。既然节目组已经同意让对方上台，那至少也应该让人把话说完。哪怕对方说的是空中楼阁、天方夜谭，自己觉得对方是一派胡言，但作为一个有素质的人，就算不想听了，也不该做人身攻击。

那方舟子上来就给人扣帽子定性，说对方可能初中都没学好，就记住引力波和物质波几个术语了。这一点就让我忍不住想问问方舟子，你初中学的好，你大学学的好，那你又了解引力波吗？说完嘉宾和主持人，再说说郭英森，不提他学识身份的问题。首先他在节目里并不是提出引力波的概念或者有理论公式能证明引力波的存在，他是推销他一个飞行汽车的“发明”，要用到引力波和物质波。

这一点就不是梦想了，已经是幻想或者说瞎想了。要知道引力波在一百年前被爱因斯坦提出后，可一百多年过去了，当时人类的科学家还未观察到一次引力波的存在呢。可以说，在当时引力波都是爱因斯坦的猜想，还未被证实是否真的存在，这边郭英森已经在他的“发明”里加入了引力波的应用。你可以把这理解为，有人提出了原子存在的可能，但科学界还无人能观察到原子，就有人说我的发明要用上核能。

科学是需要砸下大量资金，由无数科学家前仆后继努力钻研才能进步的，要站在巨人的肩膀上才能看得更远。引力波还未被观察到，是否存在都不肯定，引力波的性状，产生的影响等等都是未知，这时候说什么引力波的实用，那不是站在巨人的肩膀上眺望远方，那是蹲在地上想远方。上图是激光干涉引力波天文台，科学家是用这长达几公里的实验室建筑观测引力波的。

科学是需要一步一个脚印的，没有牛顿的万有引力，可能就不会有爱因斯坦的相对论，没有相对论又哪来的原子弹、GPS等科技。

也许有一天人类的飞车星舰可能真会用到引力波，但那之前还有很漫长的路要走。至少我们现在还只是观察到了引力波的存在，对引力波的了解还只是九牛一毛，对引力波的应用那更是在很久以后的事了。

北京时间2017年10月16日22点，全球数十家天文机构罕见地相继发布重磅消息，人类首次“看见”了引力波。更严谨地说，是首次探测到1.3亿光年外的中子星并合产生引力波及其“光学对应体”。这次观测既捕捉到引力波又测到了碰撞产生的光线。不仅如此，此次还首度获得直接证据，证明中子星合并过程会产生珀、金和铀等重元素。

3. 射电望远镜的作用？

1.可以观测暗物质和暗能量，寻找第一代天体。

2.其能用一年时间发现数千颗脉冲星，研究极端状态下的物质结构与物理规律。而且无需依赖模型精确测定黑洞质量就可以有希望发现奇异星和夸克星物质。

3.可以通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波；还可能发现高红移的巨脉泽星系，实现银河系外第一个甲醇超脉泽的观测突破。

4.可以进行高分辨率微波巡视，以1Hz的分辨率诊断识别微弱的空间讯号，作为被动战略雷达为国家安全服务。还可跟踪探测日冕物质抛射事件，服务于太空天气预报。

5.FAST还将把中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘，将深空通讯数据下行速率提高100倍。

6.脉冲星到达时间测量精度由目前的120纳秒提高至30纳秒，成为国际上最精确的脉冲星计时阵，为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟。

7.射电望远镜(radio telescope)是指观测和研究来自天体的射电波的基本设备，可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。包括收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录﹑处理和显示系统等。

8.2012年10月28日，亚洲最大的全方位可转动射电望远镜在上海天文台正式落成。这台射电望远镜的综合性能排名亚洲第一、世界第四，能够观测100多亿光年以外的天体，将参与我国探月工程及各项深空探测。

4. 两个黑洞碰撞为啥释放引力波？

什么的引力波？

概括来说，引力波是爱因斯坦预言的时空扭曲。准确点来说，是广义相对论的一个解，即当物体做加速运动时会产生的一种波。引力场和引力波就相当于电磁场和电磁波之间的关系，引力波与电磁波同为横波，即波的传播方向与振动方向垂直。但电磁波在传播过程中电场与磁场方向是固定的，而引力波在传播中螺旋前进，所以更具穿透性性。

引力波的存在还揭示了引力传播需要时间，而不是牛顿万有引力认为的瞬时即达。引力波的传播速度为光速C。

为什么平常我们感受不到引力波？

引力波称为“时空的涟漪”，就像池塘里掀起的水波。只是想让时空振动太困难了，或者说我们日常的运动产生的引力波微乎其微。

爱因斯坦曾做出一个估算：取一个长度为1M的木棍，以最大可能的速度作旋转，产生的引力波功率仅为10^-37W，而一只在墙上爬的蚂蚁做用的能量就能达到10^-7W。所以我们日常根本感觉不到引力波的存在，只有质量大到中子星或黑洞这样的天体，才能产生明显的引力波。

两个黑体碰撞时为什么引力波会加大？

一个恒星坍缩形成的黑洞质量可达10^9个太阳质量。两个离得较近的黑洞会在漫漫地旋转靠近，最后以极快的速度碰撞合并，这过程中加速度的极大的，根据引力波的定义，随着加速度的增加，引力波必然加大。

当两个黑洞合并时产生的引力波可达10^52W的功率，但引力波不是周期性振荡，而是以瞬时爆炸的形成产生，所以这个能量水平只能维持1ms左右。剩下的余波会以光速四散传播出去。

如何测量到引力波？

我们知道，引力波经过时会引起时空的变形。在一个固定长度的真空空间里，空间如果被拉长，激光走的路就会变长；如果空间被压缩，那么激光走的路程就会变短。

所以只要把这两条长度一样且足够长的激光相互垂直，遇到不管从哪个方向来的引力波，都会使得两束激光产生一长一短的光程差。

这就是LIGO引力波探测器的基础工作原理。而且引力波探测器算是如今世界上灵敏度最高的探测器了。2015年9月14日，首次测得的引力波信号，据说只让探测器激光空间变形了一个质子直径千分之一的大小。

而这是两个质量相当于36个和29个太阳质量的黑洞，合并后损失3个太阳质量的能量形成的引力波。如果用E=MC^2算一下，你会得到一个比宇宙中所有恒星在那1秒释放的能量高好几百倍的数值。

而它到达我们这的余波却如此微弱。

总结一下

1、引力波并不是只有黑洞碰撞才释放，只是达到黑洞那样大质量产生的引力波才明显可测量。

2、引力波的产生与物体加速度运动有关，恒星坍缩与黑洞合并都会产生巨大的引力波。

5. 引力波是波还是其他的什么？

啥也不说了，先答题：引力波是时空的涟漪；爱因斯坦在广义相对论中认为引力波是由于天体做加速运动所引起的。

我们就沿着爱因斯坦广义相对论的思路走一圈，来了解一下这个引力波究竟是个什么鬼。

爱因斯坦从场方程中推导出来，引力波是一种以波动形式和有限速度传播的引力场。加速运动的天体就会产生引力波。这种波是一种横波，对于无穷远的观察者来说，他看到的为平面波；这个波会有沿着X和Y方向的两个极化（偏振）方向；引力波可以携带能量；并且在真空中以光速传播。

在爱因斯坦对引力的描述中，时空就像一个绷紧的床单，有质量的物体放进去，时空就会因此而塌陷（弯曲），如果这个物体发生振动，这个床单就会跟着振动，这种振动就像把石子投入湖水引起的湖面水波一样。引力波的这种振动，同样会因为时空环境导致的失真而逐渐的衰减，所以对于距离引力波源非常遥远的地球来说，这些振动很难被探测到。就跟湖面的水波如果传到很远的时候就无法再被轻易观察到是一个道理。

虽然关于引力波的探测方面，我们不得不说aLIGO引起的轰动效应，不过老郭在这里更想提一下我们中国科学家的贡献。为他们的卓越贡献而感到骄傲，毕竟这是我们中国人的原创性成果，必须给大大的赞。

2012年12月26日下午，中国科学院地质与地球物理研究所在北京对外宣布，由该所汤克云研究员领衔、中国地震局和中国科学院大学有关科研人员组成的科学团组，经过10多年的持续探索，在实施多次日食期间的固体潮观测后，发现现行地球固体潮公式实际上暗含着引力场以光速传播的假定，从而提出用固体潮测量引力传播速度的方法。中国科学家在世界上成功获得“引力场以光速传播”的第一个观测证据。这项原创新成果，实现了物理学界多年来对通过实验或观测获得引力场传播速度的期待，对引力场的理论和实验研究具有重要意义。

这里需要补充解释一下什么是固体潮了。

固体潮是指在日、月引潮力的作用下，固体地球产生的周期性形变的现象。用精密仪器可以观测到地球的固体表层也有和海洋潮汐相似的周期性升降现象，陆地表面的升降幅度因此可达7～15cm。当存在固体潮时，某一观测点的铅垂线方向和地面的倾斜会发生相应变化，但变幅不大，仅有千分之几秒角度。固体潮的存在说明固体地球具有一定的弹性，固体潮就是弹性地球在日月引力作用下发生的弹性变形。此外，由于地震波也是一种弹性波，地球能够传播地震波也从另一个侧面证实了地球是有弹性的。

关于aLIGO说过的人实在是太多了，就不详细介绍了。我只是想说，类似的项目还有很多，这其中就包括我们中国的天琴计划。期待，咱们中国科学家能够再次在引力波领域给我们带来好消息。

关于引力波就介绍到这里，以老郭这微末的水平也只能说这么多了。如果您是一位科学爱好者，欢迎您关注老郭的账号，我们一起来学习和探讨关于物理及科学的话题。

6. 那么三体中的引力波发射台能否在理论上实现？

我们现在能做到的是引力波接收器，我们还不能做到引力波发射台，所以三体中的那个引力波发射台在实践上还做不到。这就好像我们人类在以前可以看到光，但不能做出电灯一样。

那么，在理论上我们能实现引力波发射装置吗？

要产生引力波，理论上很简单，一个人就是走路的时候摔一跤，也能发出引力波。所以在理论上发射引力波一点也不难。只不过摔跤发出的引力波很弱，强度很小。

如果要产生高强度的引力波，我们需要控制恒星级别的能量，比如让两个太阳相互撞击，这样的事情我们人类做不到。所以谈理论没有用，还是谈实际的事情为好。

三体这个小说当然写得好，但在引力波发射上写的很轻松，其实我们人类没有500年的科技发展，是做不到这个事情的。这个事情能实现的时候，我们人类就可以毁灭太阳了，那时候的人类已经走进了星际空间。

7. 引力波的出现是否能让人类穿越时空到未来或者过去？

引力波的出现是否能让人类穿越时空到未来或者过去？要探索这个问题，你必须先有耐心了解“时间旅行”相关内容。

从科学的角度来看，时间旅行在牛顿的宇宙中是不可能的。在牛顿的宇宙中，时间是被视作一支箭，一旦射出就永远不能向后折回。地球上的一秒钟在整个宇宙中都是一秒钟。这一构想被爱因斯坦推翻。他证明时间更像是一条蜿蜒过宇宙的河流，在恒星和星系中蛇形而过时其流速会加快或减慢。因此，地球上的一秒钟并不是绝对的，当我们在宇宙中各处旅行时，时间各不相同。

根据爱因斯坦的狭义相对论，火箭移动越快，它内部的时间流逝越慢。科幻作家们推迟推测，如果能打破光障就能回到过去。但这是不可能的，因为要达到光速，必须具有无穷大的质量。光速是所有火箭的终极障碍。

但是，去到未来的时间旅行是可能的，并且已经被用实验证明了数百万次。《时间机器》的主人公去往遥远未来的旅程其实在物理学上是可能的。比如说，如果一位宇航员以接近光速的速度移动，假定他会花费1分钟到达最近的恒星，地球上的时间已经流逝了4年，但是对他而言仅仅过去了1分钟，因为火箭内部时间会减速流逝。因此，根据地球上已经经历的，他就已经旅行到了未来的四年之后。

因此，能将我们带到未来的时间机器符合爱因斯坦的狭义相对论。但是回到过去呢？

爱因斯坦的方程允许很多种时间机器存在（然而，它们是否能经受量子理论的挑战仍不确定）。

第一种时间机器包含了一个虫洞。爱因斯坦方程有许多连接了空间中两个相距遥远的点。但是由于空间和时间在爱因斯坦理论中密不可分地相互纠结，这同一个虫洞也可以连接时间中的两个点。掉入虫洞，你可以（至少在数学上）游历到过去。可以想象，你随后能够回到开始的那一刻，并且遇到离去之前的你自己。

另一种时间机器包括一个旋转的宇宙。假如宇宙旋转的话，那么如果你在宇宙中以足够快的速度移动，你或许会发现自己身处过去，并且到达了自己出发之前的时间。因此，一次环绕宇宙的旅行也是一次回到过去的旅行。但是宇宙的净转动可能是零，否则，时间旅行或许会很平常，历史会崩溃。

第三，如果你绕着一根无限长的、旋转的圆柱走，你可能同样会发现自己回到了自己离开之前。然而，这一方案的问题在于圆柱必须是无限长的，并且旋转的非常快，以至于大多数材料会被飞甩出去。

时间机器最有前景的是“可穿越的虫洞”，一个时空中的洞，在其中人可以自由地在时间中前进和后退。“可穿越的虫洞”关键是负能量，这一方案面临难以克服的问题，虫洞可能会很小，比一个原子还小得多，金属板可能必须向内收紧到普朗克长度的距离，以制造足够的负能量。

困扰物理学家的穿越虫洞旅行的一切问题（比如，虫洞的稳定性、可能杀死人的辐射以及进入虫洞时虫洞会闭合）都集中于视界，那正是爱因斯坦理论失去意义的地方。

因此，理解时间旅行的关键在于理解关于视界的物理，只有一种万物至理才能解释它。这就是为什么如今的大多数物理学家认同明确解决时间旅行问题的唯一方法就是提出一种引力和时空的完整理论。万物至理会联合宇宙中的四种力（万有引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用），并且使我们能够估计出当我们进入时间机器时会发生的情况。即便如此，我们可能还须等上几个世纪甚至更久，才能等到一台机器来测试这些理论。

引力波最重要的意义在于，人类从过去到现在所有对自然界的观测，包括天文观测，主要依赖于电磁波，也就是雷达或者光学波段的电磁波对未知世界进行探测。而有了引力波以后我们就对自然界多了一种探测手段，这是一个质的差异。引力波的探测有可能使我们了解到更丰富的有关于黑洞、中子星等等这些天体在发生一些现象和剧烈变化时的时空变化，所以说它对于了解物质世界是非常有用的，在未来一段时间内会有很大的发展。星际穿越是科幻小说中的情节，真实情况不一定像小说中那么戏剧化，但可能这里头也有很密切的联系，对这些东西的探求可能会有非常有意思的物理规律，就是有可能找到引力和时空的完整理论――万物至理（统一场）。稳定的“可穿越的虫洞”可能会成为现实。

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