本文來自微信公眾號：孔夫子百科，作者：newtonian6，原文標題：《偉大的實驗——相對論拼圖：時空之舞引力波》

為了直觀闡釋廣義相對論，許多教授在課堂上常用床單與鉛球的例子：原本平坦的床單如同時空，乒乓球會沿直線滾動；若放置大質(zhì)量鉛球，床單會被壓出凹陷，此時乒乓球的軌跡會變?yōu)榍€，甚至繞鉛球旋轉。

有人由此聯(lián)想：若鉛球在床單上晃動，床單會隨之震蕩并以波的形式擴散。那么時空中的大質(zhì)量天體晃動時，時空是否也會像床單般震蕩并向外輻射波？

答案是肯定的。愛因斯坦提出廣義相對論三年后，推導出引力波的四極輻射公式并計算了其攜帶的能量。該公式分母為光速的5次方，這意味著引力波效應極其微弱——木星繞太陽公轉產(chǎn)生的引力波能量，僅與家用電磁爐相當。因此愛因斯坦曾預言引力波無法被探測，多數(shù)物理學家也持相同觀點。

但總有物理學家勇于嘗試。約瑟夫·韋伯是首位探索者，他用真空懸掛的2米長、1米直徑鋁圓柱體，試圖通過共振探測引力波。1968年他宣稱成功探測，卻因實驗無法復現(xiàn)引發(fā)爭議。從傳感器領域視角看，其設備難以捕捉原子核直徑級別的振動，這一結果缺乏可信度。

間接探測成為替代方案。根據(jù)理論，雙大質(zhì)量天體繞轉會以引力波形式輻射能量，導致軌道周期縮短。1974年，赫爾斯和泰勒通過阿雷西博射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)脈沖雙星PSR B1913+16，經(jīng)二十年觀測，其軌道周期變化與廣義相對論計算高度吻合，誤差小于0.5%，間接證明了引力波存在，二人因此獲1993年諾貝爾獎。

直接探測仍是科學家的夢想。實現(xiàn)這一目標需兩個條件：一是極端天體事件，如黑洞或中子星合并——這類事件中天體運動速度可達光速的幾分之一，能產(chǎn)生強引力波；二是探測微小距離變化——上億光年外的引力波在地球引發(fā)的長度變化僅為質(zhì)子的千分之一，工程難度極大。

最終科學家成功直接探測到引力波。這一過程的精彩難以盡述，推薦閱讀珍娜·萊文的《引力波》（原名《黑洞布魯斯》）。該書講述了LIGO從構思到成功的歷程，展現(xiàn)了科學家、機構間的博弈與科學探索的艱辛，值得一讀。