引力波是什么？引力波的发现有什么用途

不久前美国的科学家用实验证明了引力波的存在，而近日国内在几年前就有人提出了引力波的相关理论，但是却被人嘲讽最后搁置并受到关注，那么引力波究竟是什么？它的发现对于人类以后的文明科技进步有什么用途。

什么是引力波

引力波也称重力波，引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动，是时空曲率的扰动以行进波的形式向外传递的一种方式。如同电荷被加速时会发出电磁辐射，同样有质量的物体被加速时就会发出引力辐射，这是广义相对论的一项重要预言。

如果引力波被首次直接探测到的消息能够得到证实，那么这些都将显得不再那么重要，因为我们将会因此受益良多：我们将会再次确认爱因斯坦是对的，引力辐射是真实存在的，并且黑洞的合并过程的确会产生这样的引力辐射，而更重要的是，这样的引力辐射信号是可以被 从地球上探测到的。这将是一个全新的天文学领域，一个不需要望远镜的新的天文学领域，它将引领我们打开理解黑洞、中子星和其他难以采用传统方法进行观测的天体类型的全新视野。

引力全称万有引力，又称重力相互作用，它是指具有质量的物体之间加速靠近的趋势，简单说就是物体之间相互吸引的作用力。它是自然界的四大基本相互作用力之一，也是自然界中最普遍存在的力，可以说是无处不在。

中国科学技术大学物理学院教授蔡一夫解释说，在经典力学中，万有引力被认为是带有质量的物体之间所存在的相互作用。然而，在爱因斯坦的广义相对论中，万有引力是由于存在质量对时空的弯曲所造成的现象。“广义相对论认为，物质的质量会使得时空弯曲。比如说有个人在一个沙发上坐下时，原本平整的沙发表面就立刻会向下凹陷，出现一个坑，而之前放在沙发周围的物体就有向坑中间滑落的趋势，于是就产生了万有引力。”

“在宇宙空间也是一样，比如把太阳、地球、恒星、黑洞等大质量的天体放在时空中，时空就会形成‘凹陷弯曲’，万有引力也就产生了。”美国麻省理工学院物理系研究员苏萌说。

由此可见，在爱因斯坦广义相对论的视野里，引力等价于弯曲的时空。而引力波就是在弯曲的时空这个大背景下，当发生有质量的物体加速运动导致的扰动时，由此产生的波动如波纹一样向外传播的现象。“如果把引力比作大海，那么引力波就是大海中波浪的激荡。”蔡一夫说。

蔡一夫拿蹦床举例进一步解释说，“如果一个运动员站在蹦床上，他站着的那个位置就会形成一个凹陷，也就是我们所说的弯曲。如果这个运动员在那里一动不动的话，那个弯曲就像被扳弯的钢尺一直紧绷在那里。这种紧绷其实是在储存能量。如果他稍微动一动，跳一下，这个蹦床就会把他弹起来。为什么会被弹起来呢？就是因为之前储存的能量释放了。这个释放不仅是把人弹到了空中，而且使得这个蹦床表面从一开始紧绷的静止状态一下子变成反复起伏、上下翻滚的褶皱状态，这个起伏翻滚并传开来的褶皱就可以理解成一个波动的传播，即产生引力波。”

蔡一夫说，如果把宇宙空间比作蹦床，把黑洞比作蹦床运动员，它在宇宙这个大蹦床上通过碰撞、并合等方式蹦了一下，就会把之前储存的巨大能量释放出来，这种行为会扰动周围的时空，造成起伏和震动，这个能量就会以引力波的形式传递出去。这种起伏的程度越大，波动就越大，引力波也就越强。

引力波的发现有什么用途

1、验证了已故科学家爱因斯坦的预言。如果引力波不被发现，爱因斯坦的理论就如同缺了一条腿的凳子，是有漏洞的。引力波的发现，拟补了爱因斯坦的广义相对论的漏洞，也确定了他的理论的正确。

2、引力波的发现类似当年的发现X光一样，是一种工具。有了这个工具，我们可以利用引力波的观察，去观察遥远的宇宙的现象。发现暗物质、时空穿梭等等才是有可能实现的事情。如果没有引力波，以我们现有的技术是做不到这些科幻世界才有的事情的。

3、引力波不同在于，引力波的周期要长得多，同时也微弱的多，能观察到引力波，至少要具备一定的技术水准，观察到引力波说明在这个领域人类的技术进步到了前所未有的水平。

4、随后是新用途：如果引力波被证明拥有雷管鸡预言的性质，那它将大大改变我们的生活。我们目前所有的太阳能电池都将变化雷管鸡锥形，那时我们所使用的太阳能发电将是现在的5倍！！！而火力发电的减少又会造成雾霾减弱、二氧化碳排放减少、大气变暖减轻，酸雨减少，节约了化石资源，前途光明啊！想想就开心！

5、引力波的发现将会改变物理界，对整个人类发展将会起到巨大变化，人类，将会步入引力波世界

引力波携带着与电磁波截然不同的信息，将为我们揭示宇宙新的奥秘，甚至为我们揭示宇宙诞生之初的奥妙

“一旦宇宙中某个地方因为天体碰撞或爆炸产生了引力波，这种时空的‘震荡’会在宇宙间以光速传播。如果离地球足够近，就可以用‘引力波天线’接收这些讯号。就像地球上时不时发生地震一样，只要我们有一个好的地震仪就能探测到这些微乎其微的震荡。”苏萌说。

苏萌介绍，目前引力波根据其产生源不同，主要分四种，分布在不同频率上。针对不同频率，科学家设计了不同的探测手段。例如，这次LIGO实验组探测到的黑洞引力波就属于高频段，探测手段就是地面数公里的激光干涉装置。

四种引力波中，原初引力波频率最低，迄今为止还未被观测到，其波长跟整个宇宙的尺度差不多大。它不同于天体运动、演化形成的引力波，而是来自于宇宙早期，产生于宇宙大爆炸时宇宙时空剧烈的“暴胀”过程中。原初引力波的探测需要对宇宙大爆炸后微波背景辐射（宇宙微波背景辐射是宇宙诞生大概38万年后留下来的电磁波）进行观测，一旦被探测到对基础物理学意义更加重大。

那么，探测到引力波到底有啥用？

科学家们普遍认为，这次LIGO这一发现是爱因斯坦相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”，证实了爱因斯坦广义相对论的正确性。

“既然引力波是存在的，基于引力波的科研思路可信性就大大提高了。就好像走一条未知的路，走到半路，有人怀疑不对，结果证实是对的，那么就可以加快步伐了。”苏萌说。

苏萌说，从科学上讲，引力波的发现为我们打开了研究宇宙的全新窗口，射电、光学、伽马射线等电磁波谱研究宇宙都是来自于光子携带的信息，引力波携带着与电磁波截然不同的信息，将为我们揭示宇宙新的奥秘，比如黑洞与黑洞并合时的物理过程。如果能探测到宇宙大爆炸时发出的原初引力波，那将为我们揭示宇宙诞生之初的奥妙。

“就好比，人类以前以为自己只有一双能够看见外界的眼睛（电磁波探测），现在发现自己还有一双能够听见外界的耳朵（引力波探测）。”中科院高能所研究员张新民说。

引力波的发现对普通人的生活会产生什么影响？科学家们表示，一个新的重大科学发现，总会给人类社会带来无法预估的发展。18世纪描述电磁波的麦克斯韦理论确认的时候，也没有人知道会给人类带来什么，但是现在不管是电视机还是移动电话，都与电磁现象有关。