什么是重力辐射？它与电磁辐射有什么关系？

“从此，空和时间注定要消失在虚幻的阴影中。只有把两者结合起来，才能保持独立的现实。”赫尔曼·闵可夫斯基

爱因斯坦提出广义相对论时，不仅动摇了200多年的物理基础，而且彻底摧毁了人们对时间和空的固有认知，代之以完全可变的时间空结构。相对论认为，在四维“时间空”中，在空和时间之间存在维度，时间空的结构将因物质和能量的存在而改变，物质和能量的运动模式也将因时间空的结构的改变而改变。从重力红移到因物质存在而产生的星光弯曲，一系列令人难以置信的预测证实了相对论的正确性。

由于物质/能量的存在扭曲了空，物质的运动在受到干扰时会产生波纹空？那是爱因斯坦当时的想法，所以他预言了引力波的存在。今天引力波是什么？让我们从一种波开始，这可能是你最熟悉的一种:水波。最常见的波:水波

让我们从一个完全静止、平坦的湖开始。起初，水面保持平静，不受任何外力的干扰。这类似于公寓空。如果我们把昆虫轻轻地放在水上会发生什么？这类似于在空中放置体量对象。

上图显示昆虫轻微扭曲了水面，因为施加在昆虫身上的重力也会在水面上施加一个力，导致水面弯曲。如果我们把一个物体从一个很高的地方扔到水里，我们会看到什么？

我们会看到飞溅，然后海浪会四处扩散。这种涟漪在生活中随处可见。当我们扰动水面时，波浪/能量将以特定的速度向外传播，这是由波浪通过的介质(水)的特性决定的。换句话说，介质决定了波的传播速度。电磁波是如何产生的

如果我们开始观察一种量化的现象:光波，情况仍然相似，但只是不太直观。虽然我们可以一直看到光，但我们从来没有看到光是如何波动的。

光也可以被视为随时间移动的波纹空。它有一种特殊的能量，这是由它的频率/波长决定的。它有一个移动的速度，也就是它通过的任何介质中的光速。它在特定的方向上移动，该方向由生成时的条件决定，然后沿着由时间空决定的路径移动。

但是这种光是如何产生的呢？真正的光子是如何形成的？一种方法是粒子(或反粒子)之间的直接相互作用:当任何两个相互作用的粒子相互作用时，都可以产生光子。但是光子产生的概率是有限的。

但是还有另一种方式，一种更有趣和相关的方式:带电粒子在磁场中移动。

当带电粒子在磁场中移动时，磁场会改变带电粒子的移动方向，这就是洛伦兹力(Lorentz force)，其方向总是垂直于粒子的移动方向。然而，当带电粒子在磁场中移动时，它也以光子的形式发射辐射:低能回旋辐射或在更相对论(或加速)条件下的同步辐射。这是场和运动的带电粒子之间的相互作用。

这种辐射不仅发生在地球上的实验环境中，也发生在宇宙的自然实验室中，例如银河系附近最大、质量最大的星系墨西耶87中心黑洞的“喷射流”。最后，让我们看看重力。

引力波是如何产生的？

电有两种电荷(正负)，而万有引力只有一种:质量，或者更准确地说是能量。虽然电场和磁场都会影响带电粒子，但只有一种引力场叫做重力场，它是由空之间的曲率引起的。

然而，在我们的宇宙中，重力和电磁力的情况是一样的:我们有“引力带电粒子”在重力场中移动。

虽然物理细节在技术层面上有一些微妙的变化，但同样的现象也发生在电磁力上:辐射被发射出来。然而，在这种情况下，发出的不是电磁辐射，而是重力辐射！当以光速空行进时，结构本身的波纹在运动时携带能量。我们也可以从电磁辐射和重力辐射的产生机制中看到自然界的对称性。

在不断变化的重力场中，例如当中子星与另一颗退化恒星的碎片合并或存在于一个紧密衰变轨道中时，重力辐射效应在快速加速的质量中最大化。这也为我们探测重力辐射提供了一个机会。

这些时间空波动是引力波或重力辐射，会导致任何中间物质或电磁辐射的大小和方向发生非常特殊的扭曲。

理论上，这些引力波可以通过长基线干涉测量法直接探测到，包括LIGO合作项目。

2016年2月11日，LIGO和处女座宣布他们首次直接观测到引力波。该观察是五个月前，即2015年9月14日，使用先进的LIGO探测器进行的。这个引力波起源于一个双黑洞系统的合并。在最初的宣布之后，LIGO仪器检测到两个确认的引力波事件和一个潜在的引力波事件。2017年8月，两台LIGO和处女座仪器观测到黑洞合并产生的第四个引力波和双星合并产生的第五个引力波。2017年，诺贝尔物理学奖授予了雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什，因为他们对直接探测引力波做出了贡献。

我们不仅探测到引力波，而且观察到多年来由于重力辐射导致的双星脉冲星轨道的衰变，这与广义相对论的预测是一致的。另一方面，广义相对论还预测轨道衰变的机制是通过重力辐射发射能量。引力波探测是对最伟大的物理理论的最有力的证实。

什么是引力波？

它们是一种新的辐射形式(重力辐射)，由大量高能粒子穿过重力场产生。当这些粒子加速或重力场改变时，辐射会变得更强。随着时间的推移，它将以光速带走能量，导致轨道衰变。这也是一个全新的天文学领域:引力波天文学！

事实上，我们的地球每天都受到引力波的影响，但是重力是最弱的力量。我们感觉不到引力波的存在。如果可以的话，我们应该能够看到一个物体在一个方向伸展，在另一个方向压缩。这是引力波对物体的影响。

在宇宙膨胀期间，除了大爆炸所需的条件之外，还产生了引力波。我们看不到宇宙诞生380，000年后发生了什么，因为当时宇宙对光是不透明的，但它不能阻挡重力辐射。因此，如果我们能探测到来自大爆炸的引力波，它将为我们提供一些关于宇宙诞生的信息。