引力波

引力波（ Gravitational wave ），一种能脱离引力场源在真空中传播的波动引力场。又称引力辐射。这两个词的侧重点有所不同，前者侧重于波动本身，而后者侧重于与场源的关系。广义相对论中，引力波与电磁波一样，以光速传播，并携带一定能量；引力辐射没有偶极辐射，只有四极或更高极辐射。引力辐射不会像电磁辐射那样被屏蔽掉。在其他相对论引力理论中，引力辐射的性质可能有所不同。

性质

牛顿引力理论中，引力是瞬时相互作用，因而不存在引力波。1916年A.爱因斯坦根据广义相对论首先预言了引力波的存在。最初关于引力波的讨论与坐标的选取有关，所以引力波到底是引力场的固有性质，还是一种虚假的坐标效应，以及引力波是否从发射系统中带出能量等问题在很长一段时间内没有澄清。直到20世纪50年代末，与坐标选取无关的引力辐射理论才开始形成，随后求出爱因斯坦真空场方程的一种严格平面波动解，并预言了检验粒子在引力波的作用下会产生运动，表明引力波携带着能量。

类别

自然界中存在的引力辐射源主要分为：①由诸如星体的轨道运动或星体的脉动等因素引起的周期性源；②由于超新星爆发、星体的坍缩、星体或黑洞的碰撞等因素引起的爆发源；③宇宙暴胀、相变等因素引起的随机源。未来人类也将能产生强度足以检测到的人工引力辐射源。引力辐射的频率可遍及所有波段，但在已知的天体物理过程中较强的引力辐射主要集中在10–7～105赫范围内。即便是这些较强的引力辐射源，其辐射功率也并不很大，再考虑到这些源与地球的距离，以及爆发源出现的偶然性和稀有性，引力波的直接探测就变成一件非常困难的事。

探测

为探测引力波，从20世纪50年代末开始相继设计出许多探测引力波的方法，并于60年代开始建造引力波探测天线。人造引力波天线分为：①调振型探测器，它依靠引力波与天线的本征频率共振达到在较小空间内获得较高灵敏度的目的。最早建造的引力波天线就属这一类。2001年底，这类探测器的灵敏度已达到10^–20～10^–22。调振型探测器的主要问题在于其工作频率只限于在本征频率附近的一个很窄的频率范围内。②用激光干涉仪作为引力波探测天线。它克服了调振型天线工作频带窄的问题。美、法、意、英、德、日以及澳大利亚等国相继投巨资兴建干涉仪臂长达数百米乃至数千米大型激光干涉引力波探测天线（见引力辐射探测）。至2001年底，日本的300米天线TAMA已经开始运行取数；美国两个4千米天线LIGO、法国和意大利合建的3千米VIRGO、英国和德国合建600米天线GEO都已接近完工。此外，美国还准备将多个卫星送上环地球的轨道用来构造臂长为500万千米的激光干涉仪引力波探测天线。这些天线的设计灵敏度也达到10^–20～10^–22。除上述两种引力波探测天线以外，还可通过监测宇宙飞船发回的光脉冲频率的变化以及监测脉冲星的脉冲周期来探测引力波。特别是监测脉冲星的脉冲周期的方法可探测到甚低频（10^–9～10^–6赫）的引力波。

意义

至今人们没有直接探测到引力波。但J.H.泰勒等人通过对脉冲星PSR1913+16轨道的研究间接并定量地证明了引力辐射的存在。由于引力辐射不会被屏蔽，故它有极强的穿透性，可带来巨型星体内部的丰富信息。另一方面，引力波与任何物质（包括那些尚未被看到的物质）都有相互作用，在引力波的传播过程中，它将会记录下宇宙中所有物质的信息。探测引力波将为探索宇宙打开一个极其重要的窗口，从中了解借助其他方法无法得到的大量信息。探测引力波还将在一个前所未有的精度范围内检验广义相对论的正确性。在理论上引力波将在认识引力场量子行为的过程中起到不可或缺的重要作用。