10分钟带你读懂引力波的“前世今生”

最近，关于引力波的一点“风吹草动”都会弄得“满城风雨”，据新华网报道，美国“激光干涉引力波天文台（LIGO）”科学家近日宣布，他们第三次探测到了引力波。其实，引力波的发现之路并非一帆风顺，提到引力波的“前世今身”，还要从1687年谈起。

距今330年前的1687年，正是清圣祖康熙二十六年，此时的康熙意气风发，举国上下沉浸在“太平盛世”的泡影中无法自拔，享受着农业文明带给人类的最后一次“歌舞升平”。与此同时，大不列颠岛却显得并不“安静”，著名的大海盗爱德华·戴维斯正在奉英国女王的命令驾驶着“孤独者幸福”号三帆巡洋舰，前往南太平洋寻找“未知的南方大陆”，也就是在这一年7月，艾萨克·牛顿发表了《自然哲学的数学原理》，对经典力学的三个基本定律和万有引力定律进行了阐述，从而奠定了经典物理学的基石。

点击下载本组图片

2017年5月21日，来自山东大学（威海）的参赛选手在调试“引力波模拟与探测实验系统”。（唐克/人民图片）

（声明：凡带有“人民图片”字样图片，系版权图片，受法律保护，使用（含转载）需付费，欢迎致电购买：010-65363647或021-63519288。）

而引力波的“前世”与牛顿力学定律脱不了关系。

据《光明日报》报道，牛顿力学定律中的绝大多数定律都与日常生活经验一致，比如物体在每个时刻都有明确的位置，每个物理量总有明确的值等。因此从牛顿力学的角度来说，只要知道物体受力情况和某个时刻的位置和速度，就可以计算出其它任意时刻的位置和速度，例如哈雷根据牛顿力学定律正确预言了哈雷彗星的回归等。

正因如此，牛顿力学定律在很长一段时间内被人们认为是“绝对的真理”。直到20世纪初，科学家们运用牛顿力学定律计算水星运行轨道时出现了麻烦，其计算结果与现实轨道总有偏差。

1916年，爱因斯坦广义相对论的横空出世完美地解决了上述问题。据《今晚报》报道，爱因斯坦提出广义相对论的最初目的是讨论牛顿运动定律在相对论框架下的应用。在牛顿力学中，重力是常量，与参照系无关。但爱因斯坦却认为，重力只是加速度的一种表现形式。因此，牛顿力学定律并没有将所有可变因素全部考虑在内，这是其在某些特殊情况下会出现偏差。

虽然广义相对论的出现弥补了牛顿力学定律在宏观方面的不足，但广义相对论中假想出的引力波却成了这一革命性理论最后的遗憾，因为它在相当长的一段时间内都没能被证明存在。

这个遗憾被整整搁置了一个世纪，直到引力波的发现。据《科技日报》报道， 2015年9月，美国科学家利用架设在地面上的“激光干涉引力波天文台”（LIGO）首次直接探测到引力波，进而证实了爱因斯坦100年前所做的预测。至此，广义相对论的最后一块“拼图”终于被填上。（赵鹏）

本文由中科院物理所副研究员罗会仟进行科学性把关。