似曾相见不相识，相识尚需更相知。
相知生情苦相觅，觅得芳踪情更痴。
◆ 相知
按说，人们对“引力”二字并不陌生，早在17世纪，物理祖师爷牛顿就已讲过，那就是连小学生都知道的万有引力定律。且不论是否因为苹果掉下来砸了牛顿的头，才促使他思考，但人们却早已形成共识：人之所以能站在地球上、而没有被抛上天，就是地心引力的功劳。可是，过了300多年，在“引力”之后，又加上一个“波”字，为什么人们就如此惊艳呢？
这事，归根到底都是因为爱因斯坦的“异想天开”所致。想当初，在瑞士首都伯尔尼的国家专利局，担任三级技术员的毛头小伙（26岁）爱因斯坦，敢于挑战权威、大胆创新，于1905年发表了狭义相对论，推翻了绝对空间、绝对时间、质量与能量无关以及以太说等经典物理学的一系列旧观念，建立了现代物理学的一系列新观念。但却留了一个引力问题悬而未决。于是，他又“十年磨一剑”，于1915年发表了广义相对论，推出了引力场方程，建立了引力的新观念。这个新观念的核心，就是把引力用时空弯曲来解释。例如，地球围绕太阳转，是因为太阳的巨大质量，使太阳周围的时空发生了弯曲。
1916年6月，爱因斯坦在《普鲁士科学院会刊》（物理数学卷）上发表文章，预言了引力波的存在。1918年2月，爱因斯坦又在该刊发表文章，进一步阐述了他的引力波观点。那么，什么是引力波呢？既然广义相对论认为：引力是时空弯曲。那么，引力波，当然就是弯曲时空的波动。由于这种波动相对较弱，因此科学家把它称为“时空涟漪”，英文为“ripples of space-time”。
可是，时空又怎么会起涟漪呢？广义相对论认为，在非球对称的物质分布情况下，物质运动，或物质体系的质量分布变化时，特别是大质量天体作加速运动或致密双星系统在相互旋近与合并的过程中时，都会明显地扰动弯曲的时空，激起时空涟漪，亦即产生引力波。
如此说来，引力波真是无处不在，连我们自己举手投足之际，都会有引力波产生，只不过太微不足道罢了。只有宇宙中的那些庞然大物激发出的引力波，才能惊天动地。即使如此，宇宙中一直有各种引力波向我们传来，但古往今来，我们却对之“视而不见”“充耳不闻”……
为什么？因为根本没人知道还有这么一回事！这点和电磁波的历史倒是颇为相似。想当初，没人知道有电磁波，全靠有个名叫麦克斯韦的英国人，归纳前人电磁学的研究成果，加上自己的创新，推演出了一组方程，后人称之为“麦克斯韦方程组”，他从理论上预言了电磁波，而且认定光波也是电磁波。
引力波的遭遇也与之类似。幸亏出了个爱因斯坦，用他推演出的引力场方程，算出了这个无人知晓的引力波！按照他的说法，引力波虽然也算是一种机械波，但她们却不像声波。声波要靠介质（例如空气或水）传播，而且速度不快。引力波则可在真空中传播，而且速度等于光速，这点倒是很像光波，但是她又与可见光波不同，她“看”不见，只能靠“听”。而且引力波与光波以及所有电磁波不同的是，她在传播过程中不会与其他物质发生作用，因而可以不受影响地传播。一句话总结，她是一种既不同于一般机械波，又不同于电磁波的崭新的波！
◆ 苦恋
千百年来，人类曾是靠肉眼仰望星空、幻梦宇宙。后来，发明了可见光望远镜、建立了光学天文台。再后来，又发明了射电望远镜、发展了航天技术，从而可以在地面和天空建设台站，更全面地观测和研究宇宙。但归根结底，这一切手段都是靠电磁波（包括光波）来实现。如今，突然别有洞天！
如果真如爱因斯坦所预言，宇宙中还有引力波，这不仅证实了广义相对论的正确，使人类能建立起更为科学的宇宙观，而且在电磁波之外，又开辟了一个观测宇宙的新途径。例如像黑洞、暗物质、暗能量等（有人风趣地称之为宇宙的“黑暗面”）这样一些人们还知之甚少、而电磁波又使不上劲的探测，就可以靠引力波来实现了。这将大大提高人类研究宇宙的能力，一个新的学科：引力波天文学亦将应运而生！这是多么诱人的前景啊！于是，许多人从那时开始，就痴迷地去寻觅那令人心仪的引力波“美人”。但是，说者容易做者难，真是一场苦恋……
任何新事物，起初总是相信的人少，怀疑的人多。这中间，连爱因斯坦自己也曾有过动摇。紧接着，第二次世界大战打起来了，无论是相信的人还是怀疑的人，也都顾不上引力波了。与之相反，对电磁波的研究和应用却突飞猛进。通信、雷达、导航、电子对抗等技术在战争的迫切需求下，得到极大的发展，一直到今天把人类送进了信息社会。
而对于引力波，仍是有人在苦恋。早期，引力波的铁杆粉丝中，最直得称赞的有两个人：一个是美国马里兰大学的教授韦伯（Joseph Weber），另一个则是中国中山大学的副教授陈嘉言。
在美国，韦伯被誉为“引力波检测第一人”，他设计了一种用声学共振的原理来直接探测引力波的设备，那是一个铝质圆柱。韦伯认为，当引力波的频率与该圆柱的本征频率一致时，会产生共振，从而测得引力波，故名“共振棒”（也称为“韦伯棒”）。为了避免其他振动对探测仪的影响，也为了测得引力波的方向，他将共振棒悬挂起来，并在相距1000千米的两处各悬挂一个，当两个同时检测到时才算数。他曾在1969年宣布，用它探测到了引力波，引起一阵轰动，却无法重复和核实。而在中国，陈嘉言被誉为“引力物理研究的铺路人”。从1973年起，以他为代表的中山大学和中国科学院的一些学者，就开始研究和建造自己的共振棒探测仪。陈嘉言还为中国的引力波探测事业献出了生命，终年46岁。
眼看半个多世纪过去了，两位痴情的先驱都已辞世，仍然未觅得引力波的芳踪。是放弃还是继续？考验着人们的勇气和毅力。人们决心沿着两条路继续去探寻。一条是寻觅间接证明引力波存在的例证;另一条是研究新的、更精密有效的直接探测仪器。
◆ 良辰
1993年2月10日，有两个美国人进入华丽的斯德哥尔摩音乐厅，在乐声和掌声中，从瑞典国王手中，接过了该年度的诺贝尔物理学奖。他们是谁？又因何获此殊荣？
他们，就是普林斯顿大学等离子体物理实验室的天体物理学家赫尔斯（Russell A. Hulse）和他的导师泰勒（Joseph H. Taylor Jr.）。赫尔斯于1974年，用设于波多黎各的阿雷西博射电望远镜，发现在天鹰座天域有周期性脉冲信号辐射，脉冲周期为59毫秒。经他们研究确定，这是颗脉冲双星（Binary Pulsar），这也是人类第一次发现的脉冲双星，故被命名为“赫尔斯-泰勒脉冲双星”。其主星和伴星均为中子星，质量分别为1.44倍和1.39倍太阳质量，两星距离最近时为1.1倍太阳直径，最远时为4.8倍太阳直径。它们围绕共同的质心转，公转周期约为7.75小时。经过长期跟踪观测，他们还发现了一个奇怪的现象：其轨道周期呈变小趋势，每年减少76.5微秒。
这是为什么呢？经反复研究，他们认为，这种质量密度很大的双星系统，在旋近的过程中，会以引力波辐射形式损失能量，从而造成两星逐渐接近，轨道周期也会发生衰减。于是，他们用广义相对论进行核算，得出的结果与实测数据吻合。这也就间接证明了引力波的存在。
哈！这可是人类历史上第一次寻觅到了引力波“美女”的芳踪！于是，诺贝尔评委会的专家们决心要好好奖励一下这两位能人。这，就是1993年的诺贝尔物理学奖。
间接证明已获奖，那直接证明怎么办？有两位引力波铁杆粉丝，决心要在地球上直接探测到引力波，这两个人，就是麻省理工学院教授韦斯（Rainer Weiss）和加州理工学院教授索恩（Kip Thorne）。正是韦斯提出了用类似米切尔森干涉仪的光学方法，提议建设激光干涉引力波天文台（LIGO）来直接探测引力波。当激光被分束器分成两束后，会沿干涉仪相互垂直而等长的两臂传播，再经两臂末端悬挂的反射镜反射回来，再次相遇，从而产生干涉，形成干涉条纹。这时候，当两边光程相同时，会呈亮纹;若光程差半个波长时，则会互相抵消呈暗纹状。正因如此，当引力波来时，两臂的镜子受震不同，这时，激光束在两臂中走的光程就会发生差异，即干涉条纹受干扰而变动，科学家就是利用这个激光干涉原理，从而探测到了引力波。
当然，为了提高精度，科学家们会让激光束在臂中多次反射，这样，使光子的有效光程可达臂长的几百倍。例如，后来按此原理建成的激光干涉引力波天文台（LIGO），两臂长度虽然只有4千米，却可以达到10的负21次方的测距精度。形象说来，它甚至可以测得一个质子直径千分之一大小的微小距离，或者说，可以“听”到千亿分之一英尺（1英尺≈0.3048米）的微小振动。所以，它是当今世界上最精密的光学仪器哦！
而加州理工学院的索恩，更是个引力波迷。他不仅是当今世界研究广义相对论和宇宙学的领军人物之一，而且酷爱创作。他的名著《黑洞与时间弯曲：爱因斯坦的幽灵》已培养了不少粉丝，而他参与拍摄的好莱坞科幻大片《星际穿越》，又迷倒不少观众。
正是韦斯和索恩牵头，使麻省理工与加州理工两大名校的科学家们联手完善了用激光干涉原理探测引力波的方案，解决了一系列引力波探测的理论和实际问题，促成了LIGO的诞生。在建设时，他们又得到了加州理工学院的实验物理学家德莱弗（Ronald Drever）的鼎力相助，他是提高探测仪性能的关键人物。有人预测，如果也为这项成果发一个诺贝尔奖的话，他们3人应当是最佳人选。也正是他们，感动了美国国家科学基金会和美国国会，才能有大量的资金投入到这项“不知何日君才来”的苦恋之中！
功夫不负有心人，爱因斯坦广义相对论发表100周年纪念刚过，他们终于美梦成真！2016年2月11日，韦斯和索恩在新闻发布会上相拥欢庆，全世界都在为之喝彩！
爱因斯坦与引力波的乌龙事TIPS
虽然爱因斯坦在百年之前就曾预言宇宙中存在引力波，但是他也认为，从宇宙中传到地球的引力波很微弱，因而对是否能探测到引力波没有信心。1936年6月，他与同在美国普林斯顿高等研究院的年轻学者罗森（Nathan Rosen）合写了一篇文章，投给美国物理学会的会刊《物理评论》，标题为《引力波存在吗？》，而结论竟然是不存在！后来，经过他人提醒和自己的进一步思考，他们才于次年修正了这一误解。
一对姐妹花，可爱又奇葩。练成真功夫，服务你我他。
大姐电磁波，麦爷引荐来。小妹引力波，爱伯介绍她。
神秘大宇宙，传讯靠她俩。大姐亮风采，妹说悄悄话。
（甘老师告诉小e：在写完本文时，他问了自己一个问题：“引力波事件究竟有什么启示？”他思索良久，似有所悟。正是一般创新突破一点，基础创新引领一片，痴迷情怀支撑创新，创新之路绝不平坦。）。
小e提示
在甘老师新著《硅谷启示录2：怦然心动》（科学普及出版社2015年7月第1版）中，关于爱因斯坦相对论和引力波探测等内容还有更加生动详实的介绍，感兴趣的读者可以继续挖掘哦！
