爱因斯坦预言的引力波怎么被发现的 什么是引力波 资料图片简介(3)

1、什么是引力波？

广义相对论告诉我们：在非球对称的物质分布情况下，物质运动，或物质体系的质量分布发生变化时，会产生引力波。在宇宙中，有时就会出现如致密星体碰撞并合这样极其剧烈的天体物理过程。过程中的大质量天体剧烈运动扰动着周围的时空，扭曲时空的波动也在这个过程中以光速向外传播出去。因此引力波的本质就是时空曲率的波动，也可以唯美地称之为时空的“涟漪”。

下面这个动画来自佛罗里达大学的S.Barke，显示了两个黑洞相互绕旋慢慢靠近最后并合的全过程。过程中黑洞周围的时空被剧烈扰动，最后以引力波的形式传播出去。

引力波的强度由无量纲量h表示。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。h又被称为应变，它的定义可以用下图说明。

    引力波竖直穿过由静止粒子组成的圆所在平面时，圆形状发生的变化。（图片来自德国爱因斯坦研究所。）

由上图可见，在引力波穿过圆所在平面的时候，该圆会因为时空弯曲而发生畸变。圆内空间将随引力波的频率会在一个方向上被拉伸，在与其垂直的方向相应地被压缩。为了便于解释引力波的物理效应，图中所显示的应变h大约是0.5，这个数值远远大于引力波的实际强度。哪怕是很强的天体物理引力波源所释放的引力波强度，到达地球时也只有10-21。这个强度的引力波在整个地球这么大的尺度上产生的空间畸变不超过10-14米，刚好比质子大10倍。