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2016年2月12日，各路媒体都在传播同一个消息：2015年9月14日，位于美国的两只引力波探测器同时探测到一个短暂的引力波信号，这个信号源自距地球约13亿光年的双黑洞系统的合并。两个黑洞的质量分别是36个太阳质量和29个太阳质量，其中，引力波辐射损失的质量大约为3个太阳质量。这个发现不但表明宇宙中存在太阳质量级别的双黑洞系统，更是人类第一次成功探测到引力波，也是首次探测到两个黑洞的合并。
引力波是什么？
寻找引力波是寻找广义相对论效应的工作的一部分，那些效应往往难于测量。根据广义相对论，时间和空间会因质量发生弯曲，时空弯曲的直观效果就是我们感受的万有引力。
如果把整个宇宙想象成一张蹦床，把天体想象成放在蹦床上的一个个重物，只要拎着蹦床一角抖动，就相当于在蹦床的蒙皮边缘制造了形变，这个形变波动会沿着蹦床蒙皮传播开来，那些天体重物之间的时空距离就会随之改变。根据广义相对论，足够重的物体就可以产生足够大的时空畸变，当这些物体获得加速度后就会激发引力波，也就是时空自身形变的传播。这样在引力波穿过的时候，天体所在时空本身会发生反复的收缩和扩张，从而使得它们的距离发生波动变化。如果我们能够测量出这个距离的相对变化，就能探测到引力波的踪迹。
来自宇宙中各种源头的引力波经常掠过地球，但引力是比其他基本自然力更微弱的力，以至于我们几乎从来感觉不到它们。爱因斯坦曾认为引力波也许永远都不会被探测到，他甚至两次宣布引力波不存在，然后又一次次地修正自己的预测。当时，一个怀疑者曾评论说：引力波好像是靠着“思维的速度在传递”。
科学家认为，探测微弱的引力波，如同在一场喧闹的聚会上辨识一首歌。宇宙以光的形式向人类传递了太多信息，如今引力波在时空中向我们传递着类似声音的新信息。参与引力波发现的魏因施泰教授说：“这正如在时间和空间中演奏的乐曲，由黑洞用力拨动的吉他琴弦。这只是交响乐的开始，而非结束。”
虽然科学家喜欢把引力波比喻成一种“声音”，但引力波并不是声音。声音在空气、水、固体等介质中传播，但引力波理论上是以光速传播，并可以在真空中传播。引力波是一种全新的振动方式，如同用非常大的能量，在宇宙中敲响了一面蒙皮紧绷的鼓。引力波是时空自身的波动，不像星光那样的电磁波总要被星际尘埃吸收和散射掉很多。引力波能够几乎无耗散地穿过宇宙，因此，只要人学会了怎么去“听”，一定能够听到无数星星以及其他神秘天体的呢喃私语。也许有朝一日，天文学家可以像影片《超时空接触》中的科学家那样，戴上耳机聆听转化为声音信号的引力波信号。
在强光的无声冲击下，地核释放出了积蓄已久的能量，顷刻间引力波一次又一次地冲击整个太阳系，其他行星并没有受到很大影响，它们依旧沿着古老的轨道运行着，就像在水面漂浮的木塞，随着石头投入水中产生的涟漪在轻轻荡漾。
——[英]阿瑟·克拉克《童年的终结》（1953）
引力波简史
虽然爱因斯坦在1916年曾预言加速的质量可能产生引力波，但他提出的引力波与坐标的选取有关 —— 在某一个参考系看来，引力波可能有能量，而换一个参考系可能就没有能量。因此在引力波概念提出之初，包括爱因斯坦本人在内的大多数物理学家对引力波的存在都持怀疑态度。1959年，邦迪、皮拉尼和罗宾森进一步证明，静止物体在引力波脉冲作用下会产生运动，于是间接地证明引力波携带能量，并可被探测到。这为探测引力波提供了理论依据。
第一个尝试探测引力波的人，是美国马里兰大学工程学教授约瑟夫·韦伯，他把自己的设备命名为“谐振条天线”。韦伯认为，铝制的圆柱体会像“铃铛”一样放大微弱的引力波。他发明的探测器由多层铝筒构成，直径1米，长2米，质量约1000千克。当引力波“撞到”圆柱体时，圆柱体会轻微地振动，圆柱周围的传感器会把这种振动转化为电信号。为了确保测量到的不是受周围经过的汽车或者轻微地震影响的振动，韦伯发明了一些保护措施：他将谐振条悬挂在真空中，并同时运行着两根相距1000千米的谐振条。如果分处两地的谐振条在微小时间间隔中产生同样的振动，就可能是引力波造成的。
1969年，韦伯宣布谐振条记录了引力波事件。物理学家和媒体为之轰动，《纽约时报》当时报道：“人类对宇宙观测的又一页新篇章被翻开了。”很快，韦伯每天都报道有信号记录。不过，其他实验室使用类似设备都没有观察到同样的结果。到1974年，很多人都认为韦伯的结果有误。后来，世界各国又陆续建造了一些柱状探测器，但效果均不理想。
20世纪70年代，美国加州理工学院的物理学家莱纳·魏斯等人开始考虑使用激光干涉方法探测引力波，其原理类似于迈克尔逊干涉仪。但引力波的探测对仪器的灵敏度要求非常高，要能够在1000米的距离上感知10-18米的变化，这几乎等同于测量质子直径千分之一的形变。直到20世纪90年代，如此高灵敏度探测所需的技术条件才逐渐趋于成熟。
1991年，麻省理工学院与加州理工学院在美国国家科学基金会的资助下，开始联合建设LIGO（“激光干涉引力波天文台”的英文缩写）。1999年建成时，共耗资3.65亿美元。2005年至2007年，LIGO进行升级改造，包括采用更高功率的激光器、进一步减少振动等，升级后的LIGO被称为“增强LIGO”。2009年7月到2010年10月，“增强LIGO”开始运行，但未能探测到引力波存在的可靠证据。2015年，最新升级版的LIGO正式投入使用。不久后，它就作出了历史性的发现。
罗辑一家远远就看到了引力波天线，……天线是一个横放的圆柱体，有一千五百米长，直径五十多米，整体悬浮在距地面两米左右的位置。它的表面也是光洁的镜面，一半映着天空，一半映着华北平原。
——刘慈欣《三体Ⅱ：黑暗森林》（2008）
引力波是怎样发现的？
大约十年前，物理学家基普·索恩在《星际穿越》剧本初稿中，设想让未来人类通过LIGO和引力波发现虫洞。但《星际穿越》的导演认为，即使不提引力波，电影中也已有足够多的严肃科学理念，因此在他们精简影片中的科学元素时，就把上述的情节删去了。
引力波是什么？
寻找引力波是寻找广义相对论效应的工作的一部分，那些效应往往难于测量。根据广义相对论，时间和空间会因质量发生弯曲，时空弯曲的直观效果就是我们感受的万有引力。
如果把整个宇宙想象成一张蹦床，把天体想象成放在蹦床上的一个个重物，只要拎着蹦床一角抖动，就相当于在蹦床的蒙皮边缘制造了形变，这个形变波动会沿着蹦床蒙皮传播开来，那些天体重物之间的时空距离就会随之改变。根据广义相对论，足够重的物体就可以产生足够大的时空畸变，当这些物体获得加速度后就会激发引力波，也就是时空自身形变的传播。这样在引力波穿过的时候，天体所在时空本身会发生反复的收缩和扩张，从而使得它们的距离发生波动变化。如果我们能够测量出这个距离的相对变化，就能探测到引力波的踪迹。
来自宇宙中各种源头的引力波经常掠过地球，但引力是比其他基本自然力更微弱的力，以至于我们几乎从来感觉不到它们。爱因斯坦曾认为引力波也许永远都不会被探测到，他甚至两次宣布引力波不存在，然后又一次次地修正自己的预测。当时，一个怀疑者曾评论说：引力波好像是靠着“思维的速度在传递”。
科学家认为，探测微弱的引力波，如同在一场喧闹的聚会上辨识一首歌。宇宙以光的形式向人类传递了太多信息，如今引力波在时空中向我们传递着类似声音的新信息。参与引力波发现的魏因施泰教授说：“这正如在时间和空间中演奏的乐曲，由黑洞用力拨动的吉他琴弦。这只是交响乐的开始，而非结束。”
虽然科学家喜欢把引力波比喻成一种“声音”，但引力波并不是声音。声音在空气、水、固体等介质中传播，但引力波理论上是以光速传播，并可以在真空中传播。引力波是一种全新的振动方式，如同用非常大的能量，在宇宙中敲响了一面蒙皮紧绷的鼓。引力波是时空自身的波动，不像星光那样的电磁波总要被星际尘埃吸收和散射掉很多。引力波能够几乎无耗散地穿过宇宙，因此，只要人学会了怎么去“听”，一定能够听到无数星星以及其他神秘天体的呢喃私语。也许有朝一日，天文学家可以像影片《超时空接触》中的科学家那样，戴上耳机聆听转化为声音信号的引力波信号。
在强光的无声冲击下，地核释放出了积蓄已久的能量，顷刻间引力波一次又一次地冲击整个太阳系，其他行星并没有受到很大影响，它们依旧沿着古老的轨道运行着，就像在水面漂浮的木塞，随着石头投入水中产生的涟漪在轻轻荡漾。
——[英]阿瑟·克拉克《童年的终结》（1953）
引力波简史
虽然爱因斯坦在1916年曾预言加速的质量可能产生引力波，但他提出的引力波与坐标的选取有关 —— 在某一个参考系看来，引力波可能有能量，而换一个参考系可能就没有能量。因此在引力波概念提出之初，包括爱因斯坦本人在内的大多数物理学家对引力波的存在都持怀疑态度。1959年，邦迪、皮拉尼和罗宾森进一步证明，静止物体在引力波脉冲作用下会产生运动，于是间接地证明引力波携带能量，并可被探测到。这为探测引力波提供了理论依据。
第一个尝试探测引力波的人，是美国马里兰大学工程学教授约瑟夫·韦伯，他把自己的设备命名为“谐振条天线”。韦伯认为，铝制的圆柱体会像“铃铛”一样放大微弱的引力波。他发明的探测器由多层铝筒构成，直径1米，长2米，质量约1000千克。当引力波“撞到”圆柱体时，圆柱体会轻微地振动，圆柱周围的传感器会把这种振动转化为电信号。为了确保测量到的不是受周围经过的汽车或者轻微地震影响的振动，韦伯发明了一些保护措施：他将谐振条悬挂在真空中，并同时运行着两根相距1000千米的谐振条。如果分处两地的谐振条在微小时间间隔中产生同样的振动，就可能是引力波造成的。
1969年，韦伯宣布谐振条记录了引力波事件。物理学家和媒体为之轰动，《纽约时报》当时报道：“人类对宇宙观测的又一页新篇章被翻开了。”很快，韦伯每天都报道有信号记录。不过，其他实验室使用类似设备都没有观察到同样的结果。到1974年，很多人都认为韦伯的结果有误。后来，世界各国又陆续建造了一些柱状探测器，但效果均不理想。
20世纪70年代，美国加州理工学院的物理学家莱纳·魏斯等人开始考虑使用激光干涉方法探测引力波，其原理类似于迈克尔逊干涉仪。但引力波的探测对仪器的灵敏度要求非常高，要能够在1000米的距离上感知10-18米的变化，这几乎等同于测量质子直径千分之一的形变。直到20世纪90年代，如此高灵敏度探测所需的技术条件才逐渐趋于成熟。
1991年，麻省理工学院与加州理工学院在美国国家科学基金会的资助下，开始联合建设LIGO（“激光干涉引力波天文台”的英文缩写）。1999年建成时，共耗资3.65亿美元。2005年至2007年，LIGO进行升级改造，包括采用更高功率的激光器、进一步减少振动等，升级后的LIGO被称为“增强LIGO”。2009年7月到2010年10月，“增强LIGO”开始运行，但未能探测到引力波存在的可靠证据。2015年，最新升级版的LIGO正式投入使用。不久后，它就作出了历史性的发现。
罗辑一家远远就看到了引力波天线，……天线是一个横放的圆柱体，有一千五百米长，直径五十多米，整体悬浮在距地面两米左右的位置。它的表面也是光洁的镜面，一半映着天空，一半映着华北平原。
——刘慈欣《三体Ⅱ：黑暗森林》（2008）
引力波是怎样发现的？
大约十年前，物理学家基普·索恩在《星际穿越》剧本初稿中，设想让未来人类通过LIGO和引力波发现虫洞。但《星际穿越》的导演认为，即使不提引力波，电影中也已有足够多的严肃科学理念，因此在他们精简影片中的科学元素时，就把上述的情节删去了。