引力波曾經(jīng)是炙手可熱的話題，盡管這幾年隨著時(shí)間漸漸有些降溫，但依然能勾起大眾極大的興趣。前陣子就看到了引力波碰到光這個(gè)非常好玩的話題，一個(gè)是中子星合并，甚至是黑洞和原初大爆炸的信息使者，另一個(gè)則是宇宙中難以逾越的速度-光，兩強(qiáng)相遇，誰會認(rèn)慫？

引力波是什么？

其實(shí)要了解引力波是什么，必須先來了解下引力是怎么產(chǎn)生的，直接說引力波的都是流氓，因?yàn)檫B引力都沒交代，哪來的引力波？

1、以太時(shí)代

曾經(jīng)牛頓借用了亞里士多德“以太”的概念解決了引力在真空中傳播的問題，但在牛頓以后的數(shù)百年時(shí)間里，這個(gè)以太的問題一直困擾著科學(xué)界，一直到1887年邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)證明了“以太”子虛烏有，這很有趣，因?yàn)榕ｎD無法解釋他發(fā)現(xiàn)的萬有引力傳遞媒介，赤裸裸的成了超距作用！幸虧牛頓已經(jīng)已經(jīng)去世150多年，否則讓他臉往哪里擱呢？

2、廣義相對論時(shí)代

1916年愛因斯坦發(fā)表的廣義相對論將經(jīng)典力學(xué)時(shí)代的科學(xué)家從以太的大坑里拉了出來，廣義相對論認(rèn)為引力是質(zhì)量彎曲周圍時(shí)空的直接表現(xiàn)，就像一個(gè)球放在蹦床上，它周圍會出現(xiàn)一個(gè)凹面。

這個(gè)解釋其實(shí)比牛頓的萬有引力更通俗易懂，因?yàn)榇筚|(zhì)量的坑比較大，小質(zhì)量在這個(gè)大坑邊緣公轉(zhuǎn)時(shí)必須保持一定的速度才不會掉進(jìn)坑里。

這很容易理解是因?yàn)槲覀冊隈R戲團(tuán)表演時(shí)就看到過，只要車速足夠，就會在“離心力”的作用下緊貼在內(nèi)壁而不會掉下來。

廣義相對論認(rèn)為，引力是質(zhì)量在時(shí)空中的表現(xiàn)，而彎曲的空間充當(dāng)了引力的媒介，這個(gè)完美解釋解決了水星進(jìn)動問題，也預(yù)言了1919年的日食觀測時(shí)的星光被太陽引力彎曲，愛丁頓爵士親自帶隊(duì)驗(yàn)證了整個(gè)過程。

3、引力波是什么？

引力波的定義是時(shí)空的漣漪，那么是哪些方式會引起時(shí)空的漣漪呢？有兩類，一類是質(zhì)量的運(yùn)動，另一類是質(zhì)量的改變，兩種方式都可以發(fā)生彎曲空間的波動。

天體運(yùn)動對周圍時(shí)空的波動，與天體的質(zhì)量與運(yùn)動速度有關(guān)系

另一類則是雙中子星或者黑洞的碰撞合并，超大質(zhì)量的運(yùn)動以及合并都會對周圍的時(shí)空產(chǎn)生極大的波動，當(dāng)然還有更遙遠(yuǎn)的宇宙大爆炸也能會產(chǎn)生引力波，我們將那種引力波稱為原初引力波。

LIGO如何探測引力波？

光遇到引力波的運(yùn)動方式其實(shí)就是我們探測引力波的原理，下面先來了解下LIGO是怎么樣來探測引力波的。

其實(shí)LIGO的引力波探測器原理與邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)的光干涉儀非常相似，LIGO的探測原理是將一束頻率穩(wěn)定的單色激光用分光鏡分為兩束，嚴(yán)格調(diào)整兩束光的反射距離，精確到兩束光重新匯聚到分光鏡上時(shí)，是相抵消的，在檢測信號的光電管這邊輸出是平直的信號，當(dāng)引力波掃過這束激光時(shí)，由于引力波是時(shí)空彎曲的漣漪，因此兩束光的光程會發(fā)生變化，最終匯聚到分光鏡上時(shí)原本相消的條件被破壞，光電管檢測到信號，那么可以根據(jù)相消的程度得到引力波的相關(guān)信息

兩束光相消的與增強(qiáng)的原理，強(qiáng)度相同，相位相反是會相消的，這是引力波天文臺探測最基本的原理。但這只是表面上的，等下我們說明為什么相位會發(fā)生變化。

上圖是2015年9月14日首次直接探測到的雙黑洞合并引力波形，a是LIGO在華盛頓漢福德檢測到的波形，b是路易斯安那州的利文斯頓檢測到的波形，兩者振幅一致性非常高，這表示絕不是干擾。

對引力波信號的分析出兩個(gè)天體的合并過程，當(dāng)合并成一個(gè)后，振幅消失，時(shí)空趨向于平靜。

下面我們來說說為什么兩束光相位完全相反可以相消的光為什么相位會發(fā)生變化。這是因?yàn)楫?dāng)引力波掃過兩束光時(shí)由于引力波到達(dá)的時(shí)間不一樣（光速），因此兩束光走過的距離會發(fā)生輕微的變化，也就這束光波長會被拉長或者壓縮，最終疊加后的波形無法徹底消除，在光電探測器上留下了信號。

光遇到引力波會怎么樣？

首先我們要理解一點(diǎn)，光在時(shí)空走的路徑是最短的，無論時(shí)空如何，它走的永遠(yuǎn)都是最短的那條路徑，那有很多朋友會有疑問了，既然光走的是最短路徑，它為什么在太陽附近繞了彎路？

其實(shí)各位都理解錯(cuò)了，在彎曲的時(shí)空中光依然走的是最短路線，就像地球上兩點(diǎn)之間你所謂的直線就是彎曲的，因?yàn)榈厍虮旧硎且粋€(gè)曲面。所以當(dāng)光碰到能彎曲時(shí)空的引力波時(shí)光的表現(xiàn)猶如一個(gè)服服帖帖的小弟，時(shí)空怎么彎曲它就怎么走，波浪形的時(shí)空它就會走出波浪形的路徑，但請注意，這依然是最短路徑。

如果不太容易理解，你可以把這個(gè)GIF圖上的花紋想象成光線即可。或者理解成大浪中風(fēng)雨飄渺的小船一樣。