当投掷石头到池塘里时，会在池塘表面产生涟漪，从石头入水的位置向外传播。 当带质量物体呈加速度运动时，也会在时空产生涟漪，从带质量物体位置向外传播，这种时空的涟漪就是引力波[1][2]。 相反地说，牛顿重力理论中的相互作用是以无限的速度传播，所以在这一理论下并不存在引力波[3]。
质量可以导致这种扭曲，质量越大所造成的时空扭曲也越大。 引力波國學院2025 引力波國學院2025 这些有加速度的物体运动时所产生的扭曲变化会以光速像波一样向外传播。 引力波國學院 为了避免地球上众多的杂讯来源，可通过人造卫星和航天器以高精度测量重力波。
引力波國學院: 引力波
例如，科学家通过监测行星际航天器（如围绕木星和土星的航天器）的通信信号返回时间来观测重力波的特征影响[117]。 这个系统会监测重力波通过任意一个组成卫星时所造成的激光干涉上的变化[118]。 迈克耳孙干涉仪应用激光光束来测量两条相垂直的干涉臂的长度差变化[114]，可以说是最直接的引力波探测器。
而经典力学中的牛顿万有引力定律则是对引力在通常物理条件下的极好的近似描述。 引力波國學院 引力波國學院2025 第二种情形是非对称的部分相对于星体是运动的，典型的例子即是中子星r模式的不稳定性，也被称作中子星上的罗斯比波（Rossby Wave），这个名称来源于其机制类似于地球表面的科里奥利力。 这种情形下，理论计算所得的引力辐射频率为自转频率的4/3倍[54][55]。 剧烈事件所发出的重力波经过天文距离，在到达地球后，强度已降至很低的水平，振幅的数量级在10−21以下[19]。 引力波國學院 再加上各种来自仪器内外的杂讯，实际重力波信号的探测变得非常困难。 因此在探测重力波时，仪器须有极高的精确度和降噪能力[106]。
引力波國學院: 重力波通过时的效应
重力波波长一般是波源尺寸的几个数量级以内，而不像电磁波一样波长比波源尺寸小很多。 这使得重力波天文学通常不能像电磁波天文学那样对波源进行拍照成相，而是类似声波直接从波形分析波源的性质。 引力波國學院2025 许多重力波源很难或根本无法通过电磁辐射直接观测到（例如黑洞），反之亦然。
- GEO600位于德国汉诺威，双臂长度为600米，其工作带宽为50赫兹至1.5千赫兹。
- 在宇宙中，引力让物质聚集而形成天体，同时也让天体之间相互吸引，形成按照轨道运转的天体系统。
- 如果有引力波从垂直于天花板的方向进入之后，会对两臂中的一臂拉长，另一臂压缩短，从而两束光的光程差发生了变化，原先相干相消的条件被破坏，有一定数量的光线会进入探测器，得到引力波信号。
- 超大質量黑洞與白矮星、中子星、恒星质量黑洞和中等质量黑洞等較小質量緻密天體合併，这被称作极端质量比例旋（Extreme Mass Ratio Inspiral，簡稱EMRI）。
- 而暴脹理论预言下的频谱是平坦的，即能量密度与频率无关[39][88]。
- 其实啊，我在生活中，被很多次地问过：你们探测这个引力波有什么用呢？
- 最大的激光干涉重力波天文台LIGO主要由加州理工學院和麻省理工学院负责运行，也是美国国家科学基金会资助的最大科研项目之一[109]。
两个特大质量黑洞的合并，就是恒星质量黑洞合并的加强版。 与恒星不同的是，星系之间发生碰撞的概率相当高，例如蛇夫座的星系碰撞残留物NGC 6240，当中含有两个分别来自原星系的特大质量黑洞[79]。 本质上，双中子星在宇宙中的数量相对稀少，在可观测的范围内它们的数量要少于中子星-白矮星组成的双星系统，更少于宇宙中广泛存在的低频（10−5至10−1 引力波國學院 Hz）的双白矮星系统[47]。
引力波國學院: 引力波的传播
除此之外，r模式的中子星、双中子星和黑洞以及某些超新星爆发都有可能将频率高于0.1毫赫兹的宇宙背景辐射淹没[94]。 一般认为来自双星的背景噪声在低于10微赫兹的频率下快速降低，因此微赫兹量级的空间探测器可能是探测宇宙随机背景辐射的最佳手段。 轨道运动辐射的能量会造成轨道的收缩，其结果是观测到发射的重力波频率随时间增加而变大，这种波叫做啁啾（chirp）信号。 如果能够观测到啁啾的时间尺度，就可以推算出双星的啁啾质量；进而可以从啁啾质量和观测到的重力波振幅推算出双星到地球的距离，这意味着将有可能进一步借此测量哈勃常数和其他宇宙学常数[45]。
- 在描述早期宇宙的暴胀模型中，引力子在普朗克时期内产生，并有可能按照引力场和其他场的自由度均分，这就形成了其温度相当于微波背景辐射的重力波的热背景辐射。
- 相反地说，牛顿重力理论中的交互作用是以无限的速度传播，所以在这一理论下并不存在重力波[3]。
- 德雷维尔同行们认为是极富想象力和创造力的实验物理学家，他在格拉斯哥也和共振棒打了五年交道。
- 重力波與波源整體的宏觀運動直接相關，而非像電磁波一樣來自於單個原子或電子的運動之疊加。
- 蔡榮根表示，目前世界上引力波的探測主要在四個頻段開展。
- 对于一颗独立自转的中子星（脉冲星）而言，要成為重力波射源，其质量（或质量流）分布必須存在不对称性。
四天时间里，有近九百人相聚“云端”，共话引力波的奥秘，体悟科学的乐趣。 相關論文於29日在中國天文學術期刊《天文與天體物理研究（RAA）》在線發表。 近日，由中國科學院國家天文台等單位科研人員組成的中國脈衝星測時陣列（CPTA）研究團隊利用中國天眼FAST，探測到納赫茲引力波存在的關鍵性證據，表明中國納赫茲引力波研究與國際同步達到領先水平。 引力波國學院2025 这种情形下，理論計算所得的引力辐射频率為自转频率的4/3倍[54][55]。
引力波國學院: 重力波的传播
我们这里只讨论弱场引力波，毕竟LIGO距离双黑洞那么远，测得的都是弱波，波太强下面写的东西就太复杂了，答主我比较懒。 其物理意义是引力波引起的时空畸变与平直时空度规之比。 这个不得了，大家知道宇宙其实是很空旷的，恒星间距离都已以光年计算。 对啊，你说对了，引力波就是另一种光，这种“光”的本质是时空的波动，但是还是可以把它理解成除了电磁波（光）之外的令一种光。 听着大老板的这番话，当时在座很多人人包括我都会心一笑，多半把他的这番话当成是玩笑话。 但是后来自己进入了和这个研究领域，成为他团队下的一份子后，才真正明白引力波探测的艰难。
引力波國學院: 探测
由于暗物质占星系物质的绝大部份，而且不发出任何电磁波[104]，所以重力波天文学对这些暗物质的观测和研究具有重要意义。 来自远方天体甚至是宇宙诞生时所产生的重力波至今几乎没有发生衰减或散射，这意味着重力波可以作为研究宇宙深处的重要工具。 宇宙形成后38万年，电磁波才开始能够穿透宇宙的物质[105]，因此在这一堵“墙”以前的宇宙是无法通过电磁波来直接观测的，重力波也就成为了直接观测大爆炸的仅有工具[39][88]。
引力波國學院: 引力传播的速度
各个行星天体，包括地球，都具有其自身的万有引力特性。 引力波國學院2025 假設一個球形對稱的物體，對一特定位置的引力強度和物體質量成正比，和物體球心的距離平方成反比。 受疫情影响，本次引力波暑期学校全程在“云端”进行，教师和学员均通过互联网进行线上互动。
引力波國學院: 引力
最大的激光干涉重力波天文台LIGO主要由加州理工学院和麻省理工学院负责运行，也是美国国家科学基金会资助的最大科研项目之一[109]。 动画大大夸大了粒子的摆动，重力波的振幅实际上是非常小的。 在这种情况下，重力波的振幅不变，但其偏振平面会以公转周期的两倍旋转。 所以重力波大小（周期性时空应变）会随时间改变，如动画所示[37]。 当引力波到来时，会交错挤压和拉伸铝棒两端，当引力波频率和铝棒设计频率一致时，铝棒会发生共振。 共振棒探测器有很明显的局限性，比如他的共振频率是确定的，虽然我们可以通过改变共振棒的长度来调整共振频率。
引力波國學院: 重力波探测器
对重力波更精确的测量还能进一步验证广义相对论[1]。 引力波國學院 自20世纪 90 引力波國學院 引力波國學院 年代起，在世界各地，一些大型激光干涉仪引力波探测器开始筹建，引力波探测黄金时代就此拉开了序幕。 这些探测器在2002年至2011年期间共同进行观测，但并未探测到引力波。 在经历重大改造升级之后，两个高级LIGO探测器于2015年开始作为灵敏度大幅提升的高级探测器网络中的先行者进行观测。 此外，欧洲的空间引力波项目eLISA和日本的地下干涉仪KAGRA 的研发与建设也在紧锣密鼓地进行。
引力波國學院: 探測
蔡榮根表示，目前世界上引力波的探測主要在四個頻段開展。 不同頻段的引力波對應於不同的物理過程，探測方式也是不一樣的。 地面引力波探測主要集中在10-1,000赫茲的引力波，主要波源是恒星級質量的雙星緻密天體；空間引力波探測主要集中在毫赫茲頻段的引力波，探測計劃除了歐洲的LISA項目，中國有太極計劃和天琴計劃正在積極推進中。 對於極低頻段（10的負16次方赫茲）的引力波，主要波源是宇宙早期暴脹過程產生的量子漲落，主要採用測量宇宙微波背景輻射中的B-模式極化。 兩者的合併模式不同，因此所發出的重力波形、理論的預測能力以及偵測方法都有所不同。 恩，很简单吧，广义相对论就是具体说了时空是告诉物质怎么运动~以及~物质是让时空怎么弯曲的这么一个理论。
引力波國學院: 频率上限的估算
當帶質量物體呈加速度運動時，也會在時空產生漣漪，從帶質量物體位置向外傳播，這种時空的漣漪就是重力波[1][2]。 相反地說，牛頓重力理論中的交互作用是以無限的速度傳播，所以在這一理論下並不存在重力波[3]。 前文已经说了引力波的强度是那么的微弱，我们探测器必须要造得非常非常灵敏才行。 我听我在GEO600工作的同事说，在德国汉诺威的GEO600经常会受到一种周期性信号，后来就过分析原来是远在千里之外大西洋的海浪对北欧大陆的影响。 其实早在在韦伯设计建造共振棒的同时期，有部分物理学家认识到激光干涉仪引力波探测方案的优越性。 到了70年代，加州理工学院的的韦斯（Rainer Weiss）以及马里布休斯实验室的佛瓦德（Robert 引力波國學院2025 Forward），分别建造了引力波激光干涉仪。
在上个世纪，另外三大基本相互作用：强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的产生机制已经通过傳遞相對作用的規範玻色子的观念加以解决。 现在人们正在尝试将規範玻色子、相对论与万有引力联合成为一个统一的整体。 因此，重力相互作用是如何与其他三个基本作用互相影响的是一个未决问题。 ◆ 2023年，中國科學院國家天文台科研團隊與國內外合作者利用中國天眼FAST發現了一個名為PSR 引力波國學院2025 J1953+1844（M71E）的雙星，其軌道周期僅為53分鐘，是目前發現軌道周期最短的脈衝星雙星系統。
引力波國學院: 引力波通过时的效应
此外，月球以及太陽对地球上海水的引力，形成了地球上的潮汐。 2015年，美国地面激光干涉引力波天文台（LIGO）首次在人类历史上直接探测到引力波的存在。 王运永教授曾在在美国加州理工学院LIGO实验室从事引力波探测工作多年，对引力波探测有丰富的经验和先进的理念。 此次暑期学校，他同罗子人研究员、刘河山研究员为学员们带来了空间引力波探测及其中的激光干涉相关知识。 两者的合并模式不同，因此所发出的引力波形、理论的预测能力以及侦测方法都有所不同。
这些双白矮星在数量上和寿命上都要远大于像PSR B1913+16这样处于轨道收缩态的双中子星。 这是由于大多数恒星都具有较小的质量，而大多数恒星又都是双星。 据估计，LISA有可能发现上千个这样的双白矮星系统，其发现概率远大于地面探测器对双中子星的探测期望。 不过事实上，银河系内太多的双白矮星系统会形成频率低于1毫赫兹的背景噪声，这种背景噪声叫做“迷惑噪声”，它将高于LISA本身的仪器噪声[48]，但这些噪声不会影响对较强的黑洞信号的探测。 引力波國學院 而河外星系的双白矮星则由于振幅太低，尽管也能够形成高至1赫兹频率的背景噪声，其程度仍然远在LISA的仪器噪声之下[49]。
引力波國學院: 引力波探测器
這個系統會監測重力波通過任意一個組成衛星時所造成的激光干涉上的變化[118]。 引力波國學院2025 迈克耳孙干涉仪应用激光光束来测量两条相垂直的干涉臂的长度差变化[114]，可以說是最直接的重力波探测器。 最大的激光干涉重力波天文台LIGO主要由加州理工學院和麻省理工学院负责运行，也是美国国家科学基金会资助的最大科研项目之一[109]。
这可能是因为GRB 发生地点比仙女座星系更为遥远，但也可能暗示伽玛射线暴并非源于黑洞或中子星的形成过程，而是来自如磁星这样带有极强磁场的软伽玛射线复发源[65]。 与一般情形下的重力波用平均振幅描述不同，重力波的随机背景辐射通常用波场的能量密度描述，这种随机背景辐射可以来自任何天体（例如双白矮星等双星发出的迷惑噪声），也可以来自大爆炸。 引力波國學院2025 伽玛射线暴是短时间（几毫秒至几分钟）内极高强度的伽玛射线辐射突然爆發事件，按持续时间分为长短两类。
引力波國學院: 引力坍缩和伽玛射线暴
近期一些新生力量也逐漸加入這一領域，包括中國的CPTA，印度脈衝星測時陣列（InPTA）和南非脈衝星測時陣列（SAPTA）。 引力波國學院 引力波國學院 引力波是由加速運動的有質量物體擾動周圍的時空而產生時空的漣漪，而納赫茲引力波是引力波的一種。 對頻率低至納赫茲的引力波進行探測，將有助於天文學家理解宇宙結構的起源，探測宇宙中最大質量的天體即超大質量黑洞的增長、演化及併合過程；也有助於物理學家洞察時空的基本物理原理。 引力波國學院 當投擲石頭到池塘裡時，會在池塘表面產生漣漪，從石頭入水的位置向外傳播。