亲爱的网友们，对于如何直观地说明引力波是什么和引力波是什么意思，很多人可能不是很了解。因此，今天我将和大家分享一些关于如何直观地说明引力波是什么和引力波是什么意思的知识，希望能够帮助大家更好地理解这个话题。
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如何直观地说明引力波是什么？
一个世纪前，爱因斯坦对于时间和空间的洞见，彻底改变了我们对宇宙的认知。他对引力波、时空弯曲、时间膨胀和黑洞的预测令人兴奋。
爱因斯坦认为，质量在四维时空中施加了影响。在大质量物体（如太阳或黑洞）影响下时空会发生弯曲。著名的引力场方程用数学语言的表达是，等号左边部分揭示了时空弯曲，右边部分描述了物质的分布。物理学家惠勒（John Archibald Wheeler）解释为：“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动”。而引力波就是时空弯曲的传递现象。
一、引力波是如何被提出来的？
爱因斯坦设想，引力源自空间弯曲。当受到引力作用的物体改变自己的形状时，它们会在空间中激起涟漪。当这些涟漪经过地球时，我们的局部空间就会随之发生波状“抖动”：被拉伸或挤压。但这种效应非常微弱，原因是引力是一个弱作用力。
日常生活中的引力拉伸程度很微小，如果我们看到两辆汽车相向擦肩而过，也会发射出引力波，但仅具有无穷小的能量。即使是地球绕太阳的运动，或者是两个恒星的相互绕转，它们所发出的引力波都达不到可探测的水平。
1916年6月，爱因斯坦向柏林普鲁士皇家科学院（Prussian Academy of Sciences）提交了一篇里程碑式的论文《引力场方程的近似积分》，是科学史上第一篇预言引力波的著作。
爱因斯坦理论认为，引力波波源的不同就会有不同的频率和振幅。例如两个非常靠近彼此绕转的黑洞，每秒完成100圈，它们发出的引力波频率是200Hz。对于远离黑洞的观察者而言，每秒有200个波峰经过。由于引力波以光速传递，对应的波长就是1500公里。
引力波的振幅是它强度的量度，是时空被拉伸和压缩的程度。振幅大小与观察者至双黑洞的距离成反比，与黑洞的质量和相互绕转的加速度成正比。如果两个黑洞螺旋式相互靠近，引力波的振幅和频率会同时增大。
当时许多科学家并不关注，认为引力波即使存在也微弱到难以探测。天文学家爱丁顿（Arthur Eddington）认为，引力波只是广义相对论的一个数学上的奇异解，不具有物理意义。
1955年爱因斯坦去世后不久，学界的观点开始有了转变，特别是理论物理学家皮拉尼（Felix Pirani）等人证明引力波携带能量之后。引力波从此进入真实物理现象的范畴，余下的问题便是“捕捉”它们。
应当说明，引力波是“空间密度”涟漪的三维传播，即在空间所有方向上传播，只不过在某个方向上可能比其它方向更强。任何天体对引力波的传递都是透明无阻碍的。
将引力波形象化的直观方法是：引力波的空间密度涟漪，与穿过一块轻轻抖动的果冻极为相似，这里果冻代表空白空间。
二、引力波又如何被探测和证实？
2016年2月11日，美国引力波天文台在华盛顿特区的 发布会上宣布，LIGO（Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory）探测器“捕捉”到了引力波。该引力波来自距我们13亿光年的两个黑洞的碰撞，并被命名为GW150914。LIGO是加州理工学院理论物理教授索恩（Kip Thorne）和他的同事物理学家韦斯（Rainer Weiss）、德雷佛（Ronald Drever）的智慧结晶。
LIGO项目有两台大约相距3000公里远的相似的探测器，一台在华盛顿州的Hanford，另一台位于路易斯安那州的Livingston。它们有极高的灵敏度，时间的测量精度为10^-18秒。
被LIGO探测到的首个引力波信号，来自遥远的双黑洞事件。这列波在太空以光速前行，大约在10万年前闯入我们的星系，一边在银河系中朝地球而来，一边向恒星和行星发射微小的信号。
2015年9月14日，世界时间09:50:45，首个引力波到达地球，在不到1秒的时间里，地球被这列时空涟漪拉伸和压缩了10^21分之一，大小只有一个质子直径的万分之一。地球上的一切也随之伸展和收缩。LIGO探测器记录下了这次微小的振动。很快，一切又恢复平静。引力波继续向更远处前行，1.3秒后它经过了月球轨道，几小时内它就离开太阳系，继续扭曲着它前行途中的一切。
这个名叫GW150914的引力波振幅与时间关系图显示，其信号的真实测量值与基于质量分别为36个和29个太阳质量的双黑洞合并的理论“预测”值几乎完美吻合。这听起来像魔法，但却是严谨的科学。
LlGO组织解释说，随着双黑洞的靠近，相互绕转速度加快，强大的加速度使引力波振幅增大，轨道周期变短意味着频率变高。最终两个黑洞以极高速度瞬间合并为一个更大的黑洞，大约为太阳质量的62倍，其余3倍太阳质量被转化为时空曲率的能量（E=mc^2），以巨大的引力暴的形式被发射出去。
黑洞使得周围时空弯曲，时空曲率代表了一定的能量。按广义相对论，能量等价于质量，因此能量产生了额外的弯曲。
此后，又有多个引力波被记录下来。例如，第二个引力波信号GW151226，其波形与两个分别为14.2倍和7.5倍太阳质量的黑洞合并的预期理论波形契合，它源自距地球14亿光年之遥的双黑洞合并事件。
今天，新一代更强大的引力波探测器aLIGO已经在测试运行中。以“室女座星系团”命名的意大利Virgo探测器已加入了LIGO-Virgo联合系统。
欧航局的LISA开路者号已发射升空，计划在太空探测引力波，它更像是LIGO的空间版本。日本国立天文台的KAGRA神冈引力波探测器在今年与LIGO-Virgo合作探索，欧洲万有引力天文台的GEO600也已加入其中。印度的“LIGO-印度”探测器计划在2024年投入运行。
中国科学院也制订了名为“空间太极”的空基探测计划，将在2030年前后发射引力波卫星组，拟进行太空引力波直接探测。这标志着我国的天文学研究达到了新的高度。
引力波是什么意思？
引力波，在物理学中是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。换句话说，引力波是物质和能量的剧烈运动和变化所产生的一种物质波。
引力波更为有趣的是，它能够提供一种观测极早期宇宙的方式，而这在传统的天文学中是不可能做到的，因为在宇宙再合并之前，宇宙对于电磁辐射是不透明的。所以，对于引力波的精确测量能够让科学家们更为全面的验证广义相对论。
引力波的意义：
通过研究引力波，科学家们能够区分最初宇宙奇点所发生的事情。原则上，引力波在各个频率上都有。不过非常低频的引力波是不可能探测到的，在非常高频的区域，也没有可靠的引力波源。
引力波在不断的通过地球；然而，即使最强的引力波效应也是非常小的，并且这些源距离我们很远。比如GW150914在最后的剧烈合并阶段所长的引力波，在穿过13亿光年之后到达地球，最为时空的涟漪。
也仅仅将LIGO的4公里臂长改变了一个质子直径的万分之一，也相当于将太阳系到我们最近恒星之间距离改变了一个头发丝的宽度。这种极其微小的变化，如果不借用异常精密的探测器，我们根本是探测不到的。
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