王振华
第三十一章：深度剖析引力,引力波，引力场的本质及四种基本力的统一概述
我要写什么，我的思路是很清晰的。一看这一章的题目就很吓人。两个关键点：1、引力与其他基本力的关系，这里选择了电磁力作为突破口。2、四种基本的力统一说明。
再者在我的书《变化》中其实宏观的，尤其对相对论的理解要比量子力学的理解多的多。所以我有必要不断增加对量子力学的说明。来佐证我一直反复强调的观点——爱氏广义相对论可以和其他三种基本力融洽！
所以我们要讨论的点非常多，牵涉的面也达到了史无前例的广，这就是这个题目吓人的原因。如果仅仅是题目吓人，那也好啊。题目背后的东西是让我们人类绞尽脑汁都头疼的问题。一起来走进这个神奇的世界吧！
当然我们要讨论这一章的课题，是依据前面的知识理论支撑的。首先从哲学上，从一开始我就说了，事物是普遍联系的，联系是有条件的。那么作为宇宙的四种基本力，怎么可能没有相互联系呢？不融洽呢？
可是为什么我们失败了那么多次，没有成功的统一四种基本力。我要说每一次的失败，都是为下一次成功做铺垫。铺垫多了，新的条件出现了，新的想法出现了，问题就迎刃而解了。
我们现在已经知道了时空是时间，物质，空间一体化组合。且引力的本源就是时空！也就是说引力是时空性质。
那么据此就很明显了，四种基本力【引力，电磁力，强力，弱力】中最根本的是引力！
之前所有的理论都不曾论述四种基本力谁是最重要的，最根本的。也就是说在我的理论中引力是最根本的，最重要的力。
除了引力，其他三种力都已经被统一在规范场论理论内了。但其实引力在量子领域依然对粒子是有作用的。只是我们通常在量子力学范围内认为这种引力作用微乎其微，所以忽略不计。
我认为这种忽略不计是不严谨的。而且认为宇称不守恒，不确定性原理，自发性破缺等都与引力是有关系的。引力扮演了一种“扰动”的角色。
这就是说明了引力是宇宙中根本性的力，是一种时空性质。还有比这个更广的力吗？没有！ 也就是是其他三种力在时空范畴内，而时空性质的根本体现就是引力。
从哲学角度来说，在处理各种力的关系问题的时候，我们往往要以引力为主要矛盾来分析各种现象和状态。另外三种力作为次要矛盾来考虑。
从最新的研究作为切入点开始。我们先来看看什么是引力波，引力又是如何被发现的。先来看看下面这张关于引力波的图片说明。图片是我在百度百科找到的，非常详细，是一张长图。但在word不知道怎么全部显示。
通过图片我们知道了，引力波是一中时空涟漪。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。在1916年 ，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念，即光速。
相比之下，引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中，因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。
在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。
2016年6月16日凌晨，LIGO合作组宣布：2015年12月26日03:38:53 （UTC），位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号；这是继 LIGO 2015年9月14日探测到首个引力波信号之后，人类探测到的第二个引力波信号。
为了详细让大家了解我后面要给大家讲述的理论，就有必要对引力波的具体探测工作有了解。我们以上图中刘博洋博士的论述来作文字展示。
两个质量分别是26和39太阳质量的恒星级黑洞。互相旋转，最后合并。黑洞合并产生了非常大的碰撞，所以我们遥远的地球观察到了引力波。
这个过程分为三个阶段。
第一个阶段： 两个黑洞的引力波频率从30Hz开始，这在引力波天文学中是比较低的频段，但这意味着黑洞是15Hz轨道频率。再具体点就是这两个黑洞分别是30和36太阳质量。每个半径大概是100公里左右，距离是1000公里左右。每秒种互相转15圈。
第二个阶段：到两个黑洞合并的时候，引力波频率达到100Hz，轨道频率50Hz，就是每秒转50圈。这个时候两个黑洞已经快成一体了，两个黑洞“中心”的距离大概是200公里。
第三个阶段：这个合并的黑洞继续扭曲震荡，形成一个新的，旋转的黑洞。这个黑洞的质量是63个太阳质量。其中有三个左右的太阳质量在碰撞中消失，以引力波的形式向外扩散！
再回到我的引力的本源理论——引力是时空性质。时空是能量的时空。所以在没有大质量天体扰动的情况下，时空涟漪是很难被探测到的。虽然我们就处于在时空中。有种“不识庐山真面目，只缘生在此山中”的感觉。
在这里再次强调引力不是时空弯曲产生的，引力是时空性质——是时空产生引力！
弯曲是假象。因为时空背影是弯曲的，引力可以使得时空弯曲！但不是时空弯曲产生了引力！是时空能量，是时空产生了引力！这就是为什么只要是具有质量的物体都具有引力。因为引力就是一种时空性质，任何有质量的物体无法脱离这样的时空法则。从宏观到量子层面都是这样的。
所以就很明显了，引力波是时空的涟漪，那么什么是引力场？ 时空就是引力场，很显然这样的引力场是全域场。这和现有的引力场定义有根本区别。
其实不难理解，引力是时空性质，引力场自然也是时空性质。它们的区别就是时空在线，面，体的不同表现，但都是出于同一时空性质！
所以引力场的定义就是：引力场是一种全域性的时空性质，其场强度和能量物质分布及运动速度成正比关系。
关键词：全域性，物质能量分布，运动速度，正比关系。
所谓全域性是指从理论上来讲引力场是整个时空的性质，那么它的广度就是时空所在处必然存在引力场。
物质能量分布该怎么理解，在整个时空中物质能量的分布是不均的，引力场强度自然就是不同的。虽然是理论上是全域性的场，也就是弥漫整个宇宙。但是从微分思维出发，由于这种的物质能量的不均性，我们可以把全域场划分为N个局域场。
但要清楚这种划分是人为的，是为了更好的研究引力理论而设想的。
那么局域场与局域场之间的关系是咋样的？很明显是与物质能量的分布成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
再这里提醒大家，引力和引力场作用的传递速度都是光速。这个已经在前面章节中论述过了。
很多人可能会问，为什么不在引力场的定义的中加入“与距离平方成反比”这样的描述，而在局部引力场中就加入了这样的描述。 我上面说了，引力场应该是全域场，是一种时空性质，。只有当你去测量具体物体，具体天体，具体星团的引力的时候，可以区分他们的距离——即物体之间的距离。也就是至少有A和B两个质点。
这样我们把牛顿引力定理就引了出来：任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。
数学公式表述为：F= GMm/ r^2。G为引力常数，等于G=6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg²。
显然牛顿的理论是一种“静态”引力理论，是一种绝对时空理论。爱氏的广义相对论是一种“动态”的引力理论，是一种相对时空理论。这是爱氏先进的地方。
也就是说牛顿的引力理论有局限性，不适于高速运动的物体。因为相对论效应，高度运动的物体质量会增大。如果牛顿认为质量是不因运动速度变化的，那么自然就不会认识到这点。
这也是我为什么重新定义质量。就是将质量回归能量的本质。然后用能量来定义质量。即：质量是物体在相对时空中的一种物理属性，物体所蕴含能量的多少是物体质量的量度。
这样就把质量始终放在相对论时空下的质量了。 那么牛顿万有引力定理错误了吗？ 其实不能说错误了，是不够究竟，和不准确。这在人类认识宇宙世界过程中必须要经历的。
引力场，引力的本源都是时空。引力波就是时空的涟漪。在这里要提出电磁波的概念。引力波和电磁波是不同的。引力波是时空的涟漪，电磁波是电磁场产生的。他们的关系我们会在后面详细剖析和论述。
现在有一个最大的问题是引力场，引力，引力波的本源都搞清楚了。那么我们问了：引力子存在吗？？
上面给大家介绍了引力波被探测到的过程。黑洞在合并的过程会损失若干个太阳质量，这些太阳质量以能量的形式震荡开来，被我们检测到，即引力波。
就是说时空也是能量时空，引力和引力场的本源就是能量时空。它是一种时空性质。引力波就是时空的巨大变化引起的，不像电磁波那样。
引力的传播不需要介质，也就是说引力波的传递不需要介质。时空是一种能量时空，能量的传递不需要介质，这就是为什么引力和引力波的传递不需要介质。但它们传播的速度是光速，不是超光速！
否则一个反问就把我们自己困住了，这个反问是：如果引力，引力波的传播是超距作用，也就是说传播不需要任何时间，那么人类还可以检测到引力波吗？？ 显然是不可能的！
既然引力，引力波，引力场的本源都回归于能量时空，那么所谓的引力子就是能量的最小单位——能量子。
那么最小单位的能量是什么，存在吗？就目前的研究是不存在的！就是说没有最小能量单位的说法，没有这个定义！
所以说引力子这个东西的探究需要谨慎，极有可能竹篮打水一场空。因为引力是时空性质。时空是能量时空，所有的一切都是构成能量时空的物质。
也就是说所有的量子力学体系下的粒子也属于能量。那么如此，爱氏的广义相对论更应该可以与其他三种基本力融洽。也就是说我们需要建立一个“能量场论。” 这个我们还要再下一章详细讲。
最后再给大家强调这样一点，其实既然所有的物质东西都是能量。那么其实统一理论的现有描述已经出来了。那就是能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。
在不同的领域有不同的表达，如下文：
1、保守力学系统
在只有保守力做功的情况下，系统能量表现为机械能，（动能和势能）能量守恒具体表达为机械能守恒定律。
2、热力学系统
能量表达为内能，热量和功，能量守恒的表达形式是热力学第一定律(热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变)。表达式为Q=△U+W.
2、相对论理论
在相对论里，质量和能量可以相互转变。计及质量改变带来能量变化，能量守恒定律依然成立。历史上也称这种情况下的能量守恒定律为质能守恒定律。
4、
流体力学在流体力学中有一种边界层表面效应，又称"伯努利效应“。是指流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加，伯努利效应是流体力学中的能量守恒定律。伯努利因发现这一现象并成功解释它而创立的流体力学。
5、电磁学
根据楞次定律，感应电流所产生的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化，这种阻碍的结果就使得电磁感应的过程中将其他形式的能量转化为电能，感应电流形成回路，再将电能转化为其他形式的能量。 也就是说，楞次定律所揭示的感应电流与原磁场的关系本质仍然是能量转化的关系，即能量守恒定律。
6、化学
质量守恒定律：在化学反应前后，参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。这就叫做质量守恒定律
7、
经典力学诺特定理把对称性跟守恒量联系起来了，非常有用。是指对于力学体系的每一个连续的对称变换，都有一个守恒量与之对应。对称变换是力学体系在某种变换下不变。
表述：对于每个局部作用下的可微对称性，存在一个对应的守恒流。
上述命题中的“对称性”一词精确一点来说是指物理定律在满足某种技术要求的一维李群作用下所满足的协变性。物理量的守恒定律通常用连续性方程表达。
定理的形式化命题仅从不变性条件就导出和一个守恒的物理量相应的流的表达式。该守恒量称为诺特荷，而该流称为诺特流。诺特流至多相差一个无散度向量场。
诺特定理对于所有基于作用量原理的物理定律是成立。它得名于20世纪初的数学家埃米·诺特。诺特定理和量子力学深刻相关，因为它仅用经典力学的原理就可以认出和海森堡测不准原理相关的物理量（譬如位置和动量）.
所以看了上面的表述，大家知道其实在宏观上能量守恒是一个常识性定律。回归量子层面，也应该这样的。我们只是需要建立一个不守恒下的“守恒万有场理论”，即把爱氏的广义相对论，也纳入到规范场论中来。该处的“不守恒”指的是弱相互作用下的宇称不守恒。
而且绝对零度不可达到，就说明一切物体具有能量！这一点知识所深刻表达的内容是引力是永恒存在的，时空是永恒存在的。所以爱氏和霍金的宇宙有限论是不可靠的。
同样这个观点，我在反对韦尔兰德熵引力假说中提到过。这也是一个绝对的理论。
最后的结尾语是——你永远不知道明天会发生什么? 好好活着，好好期待！
本文摘自独立学者，科普作家，国学起名师灵遁者物理宇宙科普书籍《变化》第三十一章
灵遁者国学智慧
引力是具有速度的“物质”
跟电磁波、声音甚至波浪一样，引力并不是从世界诞生之初就布满整个空间的，它具有一定的传播速度。
根据相对论，引力跟电磁波一样没有质量，因此引力传播的速度与光相同。
引力有些值得注意的性质：
假如我们把空间看做可塑造的，那么引力的可以扭曲空间，所以我们的世界并不存在绝对平直的空间。从二维的角度来看，我们可以用张直的气球平面模拟二维空间，把具有质量的东西放到平面上会发生什么呢？
没错，气球面会凹下去，形成一个坑。 如果是黑洞，那么这个坑就是个无底洞。如果放两个呢？没错会撞到一起（大家不妨想象一下，把太阳比作大石头，太阳的引力比作大坑，地球和其他行星比作有速度小球，小球在坑里转是啥情形？没错就是科学馆里面看到的样子！）
好了，相信大家对引力有点了解了，当然，我们生活在三维空间，我们的空间扭曲的方式并不完全像视频里的方式，但是可以想象一下大概是什么样子。
我们可以用向量场的方式描述空间形变：
实际上，在相对论的理论中更加准确的描述方式可以是这样的：
最短的距离并不一定是直线
在几何空间里，穿越两位置的最短路径是直线。然而在扭曲的时空里，最短路径就可能被扭曲成曲线了。小编这里用草图来向大家简单解释：
在平直的空间里，两点之间的距离看起来是直线，我们用网格来描述空间，并且把经过的点作个标记（网格不太整齐哈）：
我们为经过的空间位置加上标记
假如我们在直线附近加一个质量，周围的空间会变成什么样子呢？没错，它被扭曲了：
图中的黑色点表示有质量的物质
我们重新把经过的点标出来并且连线
好了，连线并不是直线
空间扭曲的观点更加能解释宇宙中的现象，比如没有质量的光也被扭曲的现象（引力透镜）。
解释了引力的一些简单性质，我们来看看啥是引力波。
加速运动的质量产生引力波
实际上我们只要用力挥挥手，都会产生引力波，根据相对论，物质在不同速度下具有不同的质量，所以在加速运动时，物质的质量会有波动，这样就能在周围的空间产生引力波动了。只不过相对论效应在低速低能世界里造成的影响非常小，所以我们日常根本感受不到。即便是大规模的宇宙活动，到达地球时其波动也很小了。
引力波跟声波有一定的可比性：
声音
声音由震动的物体产生，震动可看做往复加速运动
介质因震动而传播声音，声音在介质中传播时，介质会产生形变
声音传播具有速度，连续的震动能在连续时间上形成连续波
声音携带能量
引力波
引力波由质量加速度产生，连续的质量往复加速度可引起连续 空间形变
引力波在空间上传播，并具有一定速度
引力波携带能量
我们可以把空间看做引力波的介质
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虽然在原理层面上，声音跟引力波完全不同，但是上面这些性质却能让我们直观地理解引力波，超大质量黑洞合并（质量损失），脉冲星自转、超新星爆发等都是引力波的强有力来源。
如果只存在一个质量物体，静止地存在于时空之中（或者处于匀速运动状态），那么它所处的时空不会发生变化。但如果你加入第二个质量物体，那么这两个物体之间就会发生相互运动，互相会向对方施加一个加速度，在这一过程中也就将造成时空结构的改变。更加重要的是，由于存在一个大质量粒子在引力场中运动，广义相对论指出这一大质量物体将会被加速，并释放一种特殊的辐射：引力辐射。
这次科学家探测到的黑洞合并产生的引力波，就是由两个黑洞合并时的巨大质量损失产生的。
引力波影响公转
这以为着即便在没有阻力的宇宙中，相互绕行的系统（如太阳系）其中的动能还是会以引力波的形式散失，也意味着天体间距离会慢慢拉近！
所以即便没有任何影响，地球最终的还是会坠落到太阳上。
不过不要太过担心，对于像地球围绕太阳运行这样一个系统，相对而言这两个天体的质量还太小，而两者之间的距离又非常巨大，因此在引力波耗散能量的条件下，这个轨道也将需要经过10的150次方年才会衰减崩溃，如此长的时间早已远远超过了宇宙的年龄，事实上这也远远超过了已知所有恒星的寿命！
然而对于相互绕转的黑洞或中子星而言，它们之间存在的轨道衰减效应则已经被观测到了。这种散失的能量载体就是引力波。
怎么发现引力波
我们还需要知道的是，光速并不受空间扭曲影响（速度不变的光也随着引力波带来源的信息）。所以我们可以利用这种性质来发现引力。
我们整理下思路
空间变化使味着空间中两点的距离改变
光速不由空间扭曲改变
光的波长频率因空间波动产生变化
所以只要发现莫名的距离变化，就算捕捉到引力波了。
所以科学家发明了这个装置：
位于美国的“激光干涉引力波天文台”（LIGO）
先进LIGO”设施包括两条互相垂直的长臂，长度均为4公里。将一束激光用分光镜分成夹角为90度的两束，然后两束激光分别被4公里外的反射镜反射回来并发生干涉，并且这样的反射可以来回进行多次，从而大大增加激光运行的路径长度。
由于频率和波长完全一致，在正常情况下，这两束激光应该是完全相同的，但是如果存在引力波作用，则会对这两束激光的波长频率产生影响，从而导致两束激光在叠加的干涉条纹上出现改变。这样的改变将能够让科学家们判断两个绕转天体各自的质量大小、它们之间的间距以及这一系统到地球之间的距离等丰富的信息。
之所以现在才发现，是因为引力波实观测值实在太小，比干扰因素小若干个量级，也只有在计算机技术十分发达的今天才有可能做到。
发现引力波又咋样？
科学家找引力波找了好多年了，有用共振方法的，有在南极放仪器的。引力波理论是相对论的一部分，历史上也被多次证实，只是没有直接发现而已。
“先进LIGO”是有史以来人类建造的最先进的引力波观测设施，因此也是最有希望能够窥见真实引力波信号的地方。该项目有超过1000名顶尖科学家参与其中，因而也使其成为规模最为庞大的引力波搜寻国际合作研究项目。如果所有科学目标都能够如预期中的那样达成，那么就在今晚，我们将一起见证一个全新天文学时代的开端。
尽管这次的消息最早是由一位项目组之外的科学家劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss）最先披露的，因而也引发了外界的广泛批评——因为这样的消息理应是由当事方，也就是LIGO项目合作组来负责对外发布的。但不管如何，就在今晚，如果引力波被首次直接探测到的消息能够得到证实，那么这些都将显得不再那么重要，因为我们将会因此受益良多：我们将会再次确认爱因斯坦是对的，引力辐射是真实存在的，并且黑洞的合并过程的确会产生这样的引力辐射，而更重要的是，这样的引力辐射信号是可以被 从地球上探测到的。 这将是一个全新的天文学领域，一个不需要望远镜的新的天文学领域，它将引领我们打开理解黑洞、中子星和其他难以采用传统方法进行观测的天体类型的全新视野。
或许未来的黑科技来自这个发现！（引力波通信？引力波武器？时空传送？）
超级数学建模
我们不妨从最平常的水波谈起。
在一个平静的湖面里，有一块石头被丢进湖心，引起了湖水的运动变化，这种
运动变化我们称之为水波。水波的传递不是瞬时的，从湖心到达岸边，需要时间。
水波的载体是水体，声波的载体是空气、液体或固体等。
任何一种波都是需要介质或载体来表现的。波，这一现象，其实指的是物质的周期性变化传递。
根据广义相对论，物质之间，天体之间，比如地月之间的引力传递也不是瞬时的，也是有时间性的周期变化的。
假如太阳突然凭空消失，太阳系中所有行星的周期变化规律肯定会被改变，但这种改变也不会是瞬时的。
从当太阳凭空消失的一刹那开始算起，大约有8分钟时间，地球还将继续按照老的公转轨道运行与自转；但在8分钟之后，太阳凭空消失这一事件对地球的作用就开始显现了，从此地球将会脱离原有的轨道。
也就是说，太阳与地球两者之间的引力，其传递也是周期性变化的，也是需要时间的；因此，也是一种波。这种波就被命名为引力波，速率是光速。
人们一般难以理解引力波的地方是：它靠什么传播？水波需要水，声波需要物质，引力波靠什么传播？答案是空间，不是其他有形物质。
宇宙空间不是我们通常所认为的一动不动，而是像任何物质一样都会动荡变化的。空间中发生的任何物质事件，理论上也在同时改变着周遭的空间结构。空间会变，对，没错，空间会变！这是我们一般难以接受的。空间变化，根据相对论，当然同时也会引发时间的变化，也就是说时空会变；而不是一成不变。
爱因斯坦将引力的实质，等于解释为时空与物质变化间的相互作用。而引力波其实就是时空结构的变化。
这种时空变化，当然很难验证与观测到。但是宇宙中巨大的黑洞合并事件所引发的引力改变的传递效应足够巨大，从而使我们有办法验证，如今也已经证实了。
其实这是合乎常识的。因为宇宙中所发生的天文事件，如果都是瞬时相互影响的，那显然将是没有次序、乱套的、也无法想象。
就像光有速度，引力传播也有其速度。引力传播的速度恰好是光在真空中的传播速度，其传播变化就构成了所谓的引力波。
建章看世界
一、什么是引力波？
2016年2月11日LIGO合作组宣布首次直接探测到来自遥远宇宙中的引力波(图1)，一时在网上引起一股“引力波热”。从爱因斯坦的广义相对论预言引力波的存在至今已经有100年了，这一划时代的发现绝对是送给广义相对论最好的生日礼物了。然后，外行看热闹，内行看门道，这个大家口中的“引力波”到底是什么鬼呢？让我们从一个比较简单的图像说起。
图1，两个正在并和的黑洞产生的引力波(版权归LIGO/MIT/Caltech所有)
我们都知道，波(或者波动)是我们生活中一种很常见的现象，如水波、声波、电磁波等。和常见的波现象相比，引力波在广义相对论中是以四维时空结构的扰动向外传播能量的方式存在的。三维的物体对于我们是比较直观的，而四维时空无非就是加上时间箭头，要我们把时间和空间统一起来看 (图2)。
这样，整个宇宙的时空结构就呈现4个维度的“网”\n(注意：这里只是用二维的“网”去类比时空结构，不能认为时空就是一张二维平面的网。)，平直的时空就像平静的湖面一样非常的安静(图3)。然而，大质量天体之间的并合过程会对周围的时空造成极大的扰动，这种扰动会以波动的形式向外传播能量，较远的平直时空结构也会收到影响而留下时空的“涟漪”(图4)。
这就是广义相对论中所描述的引力波，是不是很酷呀？
图2，时间和空间是密不可分的，有质量的物体会对周围的时空结构造成影响
图3，平直时空就像平静的湖面一样恬静优美，但大质量天体周围的时空是弯曲的
图4，正在靠近并相互绕转的大质量天体会对时空造成较大扰动，会以引力波的形式向外辐射能量
二、天上的引力波源有哪些？
并不是只要有大质量天体就能辐射出引力波，引力波产生的条件是系统具有“四极矩”，与电磁辐射的偶极矩有很大区别(图5)。这样的话，一些极为对称的独立源(如单黑洞、对称的致密星)就不能释放引力波，因为它们的引力场只具有“偶极矩”。
图5，偶极的电磁辐射对比四极的引力辐射(转自《A Review of the Universe》)
现在理论上预言的引力波源有这么一些：
1. 致密双星系统。
旋进(in-spiral)或者正在合并(merger, ring-down)的致密双星系统(黑洞、中子星、白矮星或者夸克星)是非常常见的引力波源，LIGO首次找到的引力波就是这种源产生的。双星系统可以是恒星质量的致密双星(图6)，也可以是星系中心的超大质量双黑洞，振幅和频率的范围跨度很大。
图6，致密双星系统的并合过程(转自LSC - LIGO Scientific Collaboration)
2. 快速旋转的非球对称致密星。
非对称性对应的角动量会随着自转向外进行引力辐射，这种不对称性越显著，引力波的能力就越强。举个例子来说，好比中子星表面长了一座“山”，星体的自转会使这座山逐步变平让自己趋于球对称，这一过程当然会产生引力波(图7)。
图7，非球对称的中子星所产生的引力波(转自LSC - LIGO Scientific Collaboration)
3. 超新星或者伽玛射线暴。
这两种现象都是大质量恒星死亡时极为绚烂的“乐章”，爆发时星体大量物质被抛射出去的不对称性也会导致引力波的释放(图8)，并伴随有可以预期观测到的电磁辐射对应体。
图8，超新星或伽玛暴过程也会产生引力波(版权归NASA所有)
4. 宇宙早期的暴涨(Inflation)留下的原初引力波背景。
宇宙大爆炸理论中描述的早期暴涨过程，时空结构会产生剧烈的突变， 产生的引力波会一直存在于宇宙中，作为背景留在天上各个位置。由于过得自宇宙诞生至今的时间太久远，这种引力波背景的强度也变得非常微弱，频率非常低 。
图9，暴涨过程留下的原初引力波(版权归BICPE2所有)
三、怎样探测引力波？
引力波的“四极辐射”性质使其相比于传统的偶极辐射微弱得多，探测难度的难度可想而知。由于在平直时空中光所走的路径是直线，而在弯曲时空中光所走的路径相对于平直时空是有所不同的，这种极为微小的差异体现在传播路径距离或者信号传播需要的时间上面。因此，引力波探测最基本的原理的就是测量出引力波经过时，光信号(或电磁信号)传播路径上，距离或者时间的微小变化。
目前用于搜寻引力波的探测手段主要有这几种：激光干涉仪(Advanced\nLIGO, VIRGO, LISA, eLISA等)，脉冲星测时阵列(Pulsar Timing Array)，宇宙微波背景辐射的B模式偏振等。
1. 激光干涉仪(Laser Interfeometer)
激光干涉的方法源自迈克尔逊干涉仪。迈克尔逊干涉仪的基本原理就是把激光分光，然后让这两束光做相干干涉，得到干涉条纹。这种干涉条纹的位置和间距对激光传播距离非常敏感，如果有引力波经过，这种极为微弱的距离变化可以在多次反射的激光干涉后捕捉出来(图10)。
图10，迈克尔逊干涉仪光路图
地面上的引力波探测器LIGO (Laser\nInterferometer Gravitational-wave Observatory) (图11)的设计思路是调整臂长为4公里的这个超级迈克尔逊干涉仪的激光传输距离，使被分光的两束反射光和透射光在探测器那里产生相消干涉，也就是在没有引力波经过的时候，探测器是没有干涉条纹的。当引力波经过时，两条长臂的距离一条增大，另一条减小，干涉条纹出现，就达到了探测的目的。
图11，LIGO探测器汉福德站(Hanford)全景图(版权归LIGO所有)
空间的引力波探测器LISA (Laser\nInterferometer Space Antenna) 是一个等边三角形的激光干涉仪(图12)，臂长500公里，与地球同步绕日公转。这样的设计构造非常优美，如同宇宙的琴弦一样。空间卫星的有点在于可以有效避免地面上的干扰，缺点就是造价昂贵，发射的成本高。因此，一个小LISA(eLISA，臂长100公里)项目暂时取代已经由于经费不足搁置的大LISA项目，正在准备中。没钱造大三角板，我们可以先从小的玩起嘛。
图12，LISA引力波探测卫星的设计图(版权归LISA所有)
2. 脉冲星测时阵列(Pulsar Timing Array)
不一定只能通过测距的办法来捕捉引力波经过时留下的“痕迹”，也可以通过长时间的计时去搜寻引力波引起的时空变化。“绳锯木断，滴水石穿”说的就是这种名为脉冲星测时阵列(PTA)的探测手段。
脉冲星，尤其是毫秒脉冲星(自转周期在毫秒量级)，是一种非常稳定的“钟”，当来自遥远星系的引力波经过地球或者太阳系周围时，这些“钟”传到我们望远镜的脉冲信号会有时间上微小的变化，找出这种与之前计时的模板的微小差异，就可以捕捉到引力波的信息。由于脉冲星到我们大概有上千光年的距离，这种探测手段可以很好的把波长为光年量级的引力波找出来，但这需要人们对很多颗毫秒脉冲星做多年的计时观测，才能达到探测要求。
PTA是一个很容易用围棋去类比的东西， 在这个时空的“棋盘”上，不同方位的脉冲星相当于在不同位置下的“棋”，控制住这块引力波经过的“实地”会帮助我们围住所想要的引力波信息。
图13，脉冲星测时阵(PTA)的设计构想(版权归D.Champion/MPIfR所有)
3. 宇宙微波背景辐射的B模式偏振(CMB B-mode Polarization)
宇宙大爆炸理论要求存在一个名为“暴涨”的时期，非常短暂，但这期间宇宙的尺度发生指数式的增长，这种剧烈的变化会以原初引力波的形式存在于现在的宇宙各处。理论学家经过一系列复杂的计算发现原初引力波会与宇宙微波背景辐射发生作用，在其B模式偏振光中留下“足迹”，测量这种模型的微波背景偏振，就可以间接证明原初引力波的存在(图9)。
主要用的设备当然是射电或远红外的望远镜，如坐落于南极的BICEP1, BICEP2, BICEP3望远镜，还有即将在我国西藏阿里地区开展的Ali CMB项目。BICEP2在2014年初得到的原初引力波结果因为Planck卫星公布银河系尘埃辐射分布，无法排除该区域银河系尘埃对B模式偏振所造成的影响而夭折了。即便如此，新的设备和项目正在酝酿，相信不久之后会有更新的发现。越好的科学需要越沉得住气的耐心，原初引力波正是如此。
四、开启引力波窗口的重要意义？
电磁波是电场和磁场在空间中传播能量的形式，而引力波则是引力场在时空中传播能量的形式。这两者本质上不同，但对于人类认知世界都有极为重要的影响 。
电磁波自英国科学家麦克斯韦1865年提出到1887年第一次被德国物理学家赫兹用实验证实只用了20多年时间，而引力波从提出到首次发现用了将近一个世纪，这种划世纪的等待往往意味着更为重要的科学会应运而生。我们知道直到现在，引力还是很难跟其他三种基本相互作用(强、弱、电磁相互作用)一起用一套统一的理论去描述，而引力波的发现会让这一切充满各种可能性。新现象？还是新物理？都是令人期待的。
如果说电磁波让人类拥有了一双可以欣赏神秘而美丽的宇宙的“千里眼”(图14)，那么引力波则是让人类拥有一对可以倾听波澜壮阔的宇宙的“顺风耳”(图15)。
图14，电磁波谱和不同波段下星系的图像(转自Education and outreach collections from the University of Chicago)
图15，引力波谱上对应的引力波源和探测手段(版权归J.I.Thorpe/NASA所有)
随着LIGO探测器第一例引力波事件(GW150914)的发现(图16)，人类算是刚刚打开引力波天文学这一扇新的科学窗口，未来会有什么新的发现，让我们拭目以待。
图16，人类第一次直接探测到引力波，LIGO的GW150914 (B.P.Abbott et al. 2016)
（来源知乎）
半米食光
传统观点认为，引力场是描述质量为M的物体延伸到空间中的作用力的理论模型，引力场的大小与物体间距离的平方成反比。
如果物体加速运动，假设是一个正弦振荡，这时引力场又呈现出不同的特征；除了平方反比定律外，场外还有一个以光速传播的场力，它也是振荡的。这一场力与距离成反比，而不是距离的平方。它携带了大量的能量和动力，如果中途没有被其他物质吸收，这些能量和动力将会到达无限大。
因此，要探测远距离物体的引力是很困难的，但是我们可以或者说我们期望我们可以探测远距离物体的引力波。
观测脉冲双星时我们发现，两颗中子星相互绕对方运动的轨道是在变化的。双星体系内部能量一直在衰退。能量衰退率就等于我们预计的引力辐射率。到目前为止，这是对引力波理论的唯一证明。
激光干涉引力波天文台等实验能够探测到来自脉冲双星等物质的引力波。
在广义相对论中，“场”是描述两个坐标之间距离的“度规张量”。在量子论中，“场”由引力子和引力波组成。即使在经典牛顿物理学中，假设引力的传播速度小于光速，我们也能预测到当物体加速运动时会产生引力波。
迷失在耶路撒冷
愤怒企鹅在前面已经很详细的写了学术界里面对引力波的差不多能公开的全部的科普内容都介绍了一遍。所以我不谈搜索都能找到的已经都公开的内容。我想写点我个人对引力波的疑惑和得出的结论。
疑问1.首先对引力波产生的过程有个疑问。
这次发现的引力波是两个黑洞碰撞形成。那么根据目前科学家对黑洞的探测发现可以得到如下信息。
黑洞周围是有一圈旋转的等离子体气流团，而且具有磁场。
那么两个黑洞的碰撞应该是两个等离子体气流团的碰撞。那么这个就可以用等离子体碰撞来可以分析。其碰撞过程应该是电子与电子的碰撞和离子和与离子的碰撞、还有电子和离子的碰撞。而且最后碰撞结果是新的旋转的黑洞。电子回旋产生磁场，离子的碰撞产生离子声波，离子声波与磁场耦合的结果产生的是低频磁声波。
这磁声波波动的形成过程与爱因斯坦所主张的引力波发生物理机理大不相同。
疑问2.穿过地球电离层，穿透地面与深埋在地底下的激光干涉仪发生干涉。是什么类型的波动有此本领？
这次被探测到的引力波频率是15Hz。根据以往的卫星通信经验低频15Hz电磁波是无法穿透电离层的。根据已经公开的引力波的辐射模型可知道引力波是四极辐射波。前面科普提到电磁波与引力波辐射模型大不同。
偶极的电磁辐射对比四极的引力辐射(转自《A Review of the Universe》)
所以可以否定引力波不是电磁波。
黑洞碰撞此类是属于物理机械碰撞，由此产生的应该是机械波。但机械波与激光（电磁波）能发生干涉吗？机械波肯定不能与激光（电磁波）发生干涉的！
所以引力波绝对不是机械波！
我的结论：
根据上述分析：引力波穿透电离层与激光干涉仪发生干涉。那么这说明引力波具有电磁波特性。引力波穿透电离层又说明引力波不是电磁波，但机械波能穿透电离层。那么同时带有电磁波和机械波特性的特殊波动磁声波呢？磁声波是完全可以穿透电离层同时也与激光（电磁波）发生干涉。磁声波是四极辐射波，引力波也是四极辐射波。
这样下来结论是 引力波是磁声波的可能性最大。
可怕的后果
再回过来看其结论的可怕的后果。
若是磁声波是引力波。那么引力波产生的物理机理与爱因斯坦所主张的引力波发生观点完全不同。因为磁声波是通过等离子体碰撞反应产生。爱因斯坦广义相对论所主张的引力论将被证明错误的。牛顿所主张的具有质量的物体都具有引力的观点也是错误的。因为苹果内部没有等离子体碰撞反应，产生不了磁声波。
其结果是物理教科书要改写！
虎哥航空研究室
个人观点：引力波就是引力产生的波动，为了说明这个波动，我们来看下面的图。
图中表示一个相对稳定的理想空间，这片空间不受外部引力的影响（或忽略不计）。在这个空间中，有两个物体A和B，为了方便设A与B除了位置以外，质量、形状等完全一样，A与B的距离是S。这样A与B同时受到对方的万有引力Fa=Fb=G*Ma*Mb/(S*S)，当然，Fa与Fb的方向相反，当然这时候B点感受不到任何波动。
P与Q是垂直于直线AB的直线上的两个点，并且PA的距离等于QA。如果物体A此时以周期T在P与Q两点间做均速运动时，物体B受到的来自物体A的万有引力就是波动的，周期当然也就是T。这就是最简单的引力波了……，当然了，实际上要想测试物体A的引力波是非常困难的，原因就是干拢非常的多，假如在距离B十分之一处有一个是物体A质量的一百分之一的物体C的话，当C也在做周期运行的时候，对于B来说是无法知道这个引力波是来自A的还是来自C的。
个人观点而已，以上内容欢迎拍砖。谢谢阅读。
九心逍遥
广义相对论所建立的引力场方程，将引力转化为时空(空间)的扭曲。从空间能被扭曲这点看，根据数学对曲率(代表可扭曲性)的定义可知，线段(时空维度)只有保持连续才保证存在极限值即曲率，即空间(维度)只有连续才能被扭曲。那空间是连续的吗？做如下简单实验验证：打开一束手电筒光(或激光、灯光)，我们自己在光旁走来回动，由于空间是连续的，那么，我们的走动将牵连光束处的空间产生扭曲，从而应可观察到光斑或光束的摆动或移动，但事实上不会出现这种情况，因此，空间是不连续的，空间是不会被扭曲的，故广义相对论认为引力为空间扭曲的观点是错误的。通过激光观察所谓的时空扭曲量是不成立，更不存在原初了引力波。引力波存在，是一种能量波，但不是时空改变量的波！
空间的奥秘
什么是引力波？引力波如何产生，可能你想不到
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燕子李三fighting
引力波是引力效应的波动，是不规则波，正常状态下是极微量的波动，大质量的天体剧烈运动才易于观测。
只要物质、能量运动，就有时空弯曲效应，时空弯曲包含疏密，包含弯转，有时空弯曲效应，就有引力效应。物质、能量一直在运动，时空一直在不断弯曲，引力效应一直存在。物质、能量运动受时空弯曲效应影响，运动状态一直在改变，进而改变时空的弯曲，引力效应一直在变化。物质、能量运动，局部表现为周期旋转，周期旋转呈现正弦波，引力效应也呈现正弦波动。物质、能量运动，局部周期旋转受到干扰，本身也有进动，引力效应的波动不完全是理想波，不规则波是常态。
引力波到处在，引力波周期、波长可为任意值，波长大长，得长时间观测，短期发现不了周期波动性。波长大短，一闪而过，又极难发现，现只观测到三次。波长合适，又变化太小，观测仪器限制观测不到。
其实，不同时期，不同地点，用同质量物体在地球上用杆称称重，注意，不能用天平称，会得到不同的重量，其重量为月球、太阳、太阳系行星等运动与地球运动的叠加，其重量变化即引力效应变化，其变化周期即引力波周期。
仅举一例:海洋潮汐，即主要为月球引力波所至。
结论:引力波不神秘，只要有杆称，引力波随时随地随便会称重的均可测，不用像科学共同体、民科讲得那么玄乎。
本文本科民不留版权，只为科普，自由应用。
