引力波

　　一種能脫離引力場源在真空中傳播的波動引力場。又稱引力輻射。這兩個詞的側重點有所不同，前者側重於波動本身，而後者側重於與場源的關係。廣義相對論中，引力波與電磁波一樣，以光速傳播，並攜帶一定能量；引力輻射沒有偶極輻射，隻有四極或更高極輻射。引力輻射不會像電磁輻射那樣被遮罩掉。在其他相對論引力理論中，引力輻射的性質可能有所不同。

　　性質　牛頓引力理論中，引力是瞬時相互作用，因而不存在引力波。1916年A.愛因斯坦根據廣義相對論首先預言瞭引力波的存在。最初關於引力波的討論與坐標的選取有關，所以引力波到底是引力場的固有性質，還是一種虛假的坐標效應，以及引力波是否從發射系統中帶出能量等問題在很長一段時間內沒有澄清。直到20世紀50年代末，與坐標選取無關的引力輻射理論才開始形成，隨後求出愛因斯坦真空場方程的一種嚴格平面波動解，並預言瞭檢驗粒子在引力波的作用下會產生運動，表明引力波攜帶著能量。

　　類別　自然界中存在的引力輻射源主要分為：①由諸如星體的軌道運動或星體的脈動等因素引起的周期性源；②由於超新星爆發、星體的坍縮、星體或黑洞的碰撞等因素引起的爆發源；③宇宙暴脹、相變等因素引起的隨機源。未來人類也將能產生強度足以檢測到的人工引力輻射源。引力輻射的頻率可遍及所有波段，但在已知的天體物理過程中較強的引力輻射主要集中在10^–7～10⁵赫范圍內。即便是這些較強的引力輻射源，其輻射功率也並不很大，再考慮到這些源與地球的距離，以及爆發源出現的偶然性和稀有性，引力波的直接探測就變成一件非常困難的事。

　　探測　為探測引力波，從20世紀50年代末開始相繼設計出許多探測引力波的方法，並於60年代開始建造引力波探測天線。人造引力波天線分為：①調振型探測器，它依靠引力波與天線的本征頻率共振達到在較小空間內獲得較高靈敏度的目的。最早建造的引力波天線就屬這一類。2001年底，這類探測器的靈敏度已達到10^–20～10^–22。調振型探測器的主要問題在於其工作頻率隻限於在本征頻率附近的一個很窄的頻率范圍內。②用激光幹涉儀作為引力波探測天線。它克服瞭調振型天線工作頻帶窄的問題。美、法、意、英、德、日以及澳大利亞等國相繼投巨資興建幹涉儀臂長達數百米乃至數千米大型激光幹涉引力波探測天線（見引力輻射探測）。至2001年底，日本的300米天線TAMA已經開始運行取數；美國兩個4千米天線LIGO、法國和意大利合建的3千米VIRGO、英國和德國合建600米天線GEO都已接近完工。此外，美國還準備將多個衛星送上環地球的軌道用來構造臂長為500萬千米的激光幹涉儀引力波探測天線。這些天線的設計靈敏度也達到10^–20～10^–22。除上述兩種引力波探測天線以外，還可通過監測宇宙飛船發回的光脈沖頻率的變化以及監測脈沖星的脈沖周期來探測引力波。特別是監測脈沖星的脈沖周期的方法可探測到甚低頻（10^–9～10–⁶赫）的引力波。

　　意義　至今人們沒有直接探測到引力波。但J.H.泰勒等人通過對脈沖星PSR1913+16軌道的研究間接並定量地證明瞭引力輻射的存在。由於引力輻射不會被屏蔽，故它有極強的穿透性，可帶來巨型星體內部的豐富信息。另一方面，引力波與任何物質（包括那些尚未被看到的物質）都有相互作用，在引力波的傳播過程中，它將會記錄下宇宙中所有物質的信息。探測引力波將為探索宇宙打開一個極其重要的窗口，從中瞭解借助其他方法無法得到的大量信息。探測引力波還將在一個前所未有的精度范圍內檢驗廣義相對論的正確性。在理論上引力波將在認識引力場量子行為的過程中起到不可或缺的重要作用。