貓貓小格格
張雙南
2017年諾貝爾物理學獎授予了雷納-韋斯(Rainer Weiss)，巴里-巴里什(Barry Clark Barish)和基普-索恩(Kip S Thome)，以表彰他們對LIGO探測裝置的決定性貢獻以及探測到引力波的存在。
大部分中國人最早聽到“引力波”這個詞應該是在去年春節期間（2016年2月11日）。LIGO（美國引力波觀測站）當天宣佈人類首次探測到引力波。很多人雖然對引力波這個概念沒有感覺，但對“首次”卻很敏感。於是大家迅速被科普了這句話：“引力波的發現證明了愛因斯坦的廣義相對論是正確的”，至於為什麼這麼說，似乎沒有多少人關心。
那麼什麼是引力波？它和廣義相對論有什麼關係？1915年，愛因斯坦創立了廣義相對論，次年他老人家首次預言了引力輻射（引力波）的存在：當有質量的物體在空間的分佈發生一些特定的變化時，這種變化會引起時空的波動，並向外輻射能量，這就是引力波。因此引力波也叫時空的漣漪。
更加通俗的說法是：任何兩個物體之間都存在引力。引力的大小與物體的質量成正比，與距離平方成反比。如何理解兩個天體之間的引力？愛因斯坦的廣義相對論把引力歸咎為時空的彎曲。何謂時空彎曲？我們可以把時空形象地簡化為一張蹦床。沒有任何擾動時，蹦床（時空）是平坦的。如果上去一個人，蹦床（時空）就會發生彎曲。上去的人越胖，蹦床（時空）彎曲得越厲害。可是對於蹦床上的微小生物（類比於宇宙中的人類）來說，由於它們隨著蹦床一起彎曲，而且這種彎曲實在是太微小了，所以他們（我們）根本無法感知這種彎曲。如果蹦床上的人跳起來，蹦床（時空）就會開始震動，這種震動就是引力波。如果還不明白的話，不妨想想把一個石頭丟進水中時，水面的漣漪。
2015年9月14日LIGO首次觀測到的引力波來自於13億年前兩個黑洞的合併。兩個分別為36和29個太陽質量的黑洞，併合成為62個太陽質量黑洞，雙黑洞併合最後時刻所輻射的引力波的峰值強度比整個可觀測宇宙的電磁輻射強度還要高十倍以上。不過這一事件的發生地離地球實在是太遙遠了，在LIGO長度為4公里的探測器上，引力波引起了0.000000000000000001米的變化。這種變化非常非常的小，相當於氫原子核的千分之一。這也是為什麼LIGO運行了那麼多年直到它2015年升級改造，測量精度大幅提高後終於認出了引力波。
引力波在時空中大量存在，對於人類幾乎沒有任何影響。引力波的研究目前也還沒有任何實際的用途，但是它為人類進一步瞭解宇宙打開了一扇新的窗戶。正如基普-索恩所說：“通過這項發現，我們人類開啟了一場波瀾壯闊的新旅程：一場對於探索宇宙那彎曲的一面（從彎曲時空而產生的事物和現象）的旅程。黑洞的碰撞和引力波的觀測正是這個旅程中第一個完美的範例。”
於此同時，我們不要忘了1887年，赫茲發現電磁波後，在他發表文章的結語處寫道“我不認為我發現的無線電磁波會有任何實際用途”。當年被赫茲認為不會有任何實際用途的電磁波如今徹底改變了我們的生活。
引力波的發現之所以這麼快就獲得了諾貝爾物理學獎是因為：“人類一直在尋找另一種光，一旦找到，意味著人類從此有了第六感，就像有了超能力，用一雙天眼飽覽神秘宇宙中無盡的奧妙。現在，我們，找到了！”
魏紅祥博士
LIGO的引力波探測毫無懸念地摘得了今年的諾貝爾物理學獎。那這個所謂的引力波到底是個什麼東西呢。 我來試著用完全針對非物理專業的語言解釋一下。
首先，如果想通俗的理解引力波，我們需要先回溯一下引力的概念。 在現代物理學的歷史中，人們對引力的理解總共有兩次巨大的突破。一次是牛頓的萬有引力學說，它認識到一切有質量的物體都可以對周圍的事物產生吸引作用。這個吸引作用隨著距離的平方逐漸衰減。天上的天體由於受到附近大質量天體的吸引而做著圓錐曲線運動。這個簡單的模型將天體的運動規律收納到了牛頓力學的框架中，在那個宗教盛行的年代把天與地的規律統一在一起。
但隨著近代測量科學精度的提高。人們開始注意到牛頓引力並不能對觀察結果做到百分百準確的預言（比如對水星軌道的進動）。在上個世紀初，阿爾伯特愛因斯坦帶來了引力理論的第二次巨大突破。這個新的理論叫做廣義相對論。在這個框架之下，質量（和能量）會直接扭曲掉周圍的時空。天體在被扭曲的時空中其實做的是最接近直線的運動。但這樣的直線運動在我們的直觀感受中卻會感覺好像是做曲線運動一樣。（如果不好理解，請想象一條從北京飛到紐約的飛機航線，這條航線走的是球面上的一條“直線”，但如果我們把這條航線畫在平面世界地圖上的話，它確是曲線。）
這個廣義相對論雖然可能離我們的直觀更遠一些。但它所能預言的實驗精度卻遠超牛頓引力。而且它的數學更和諧，同時與物理學的另一個重要理論--經典電磁學理論自洽。（牛頓體系卻會與經典電磁學產生一些內在矛盾。）所以到現在廣義相對論已經是物理學家公認的目前為止解釋引力的最標準理論。
自然的，如果大質量天體可以扭曲時空。那麼運動的大質量天體是不是可以動態的扭曲時空。從而使得時空就好像水面一樣被不停攪動呢？
理論上是可以的。這樣的攪動我們就稱為叫做引力波。它是由於大質量天體的運動導致的時空曲率的漲落。
實驗上呢？以前一直是不行的。因為引力實在是太弱了。比電磁力弱了10的36次方倍！
但LIGO做到了，他們利用了長達數公里的激光干涉儀，測量兩個中子星互相盤旋互相吞噬成黑洞這樣的極度劇烈的天體運動，終於第一次得到了比較受公認的引力波觀測結果。所以這個諾獎真是幾乎毫無爭議的。
低熵製造機
LIGO激光干涉引力波探測器是目前地球上長度最長的地面引力波探測裝置。除了LIGO，在歐洲還有Virgo,在日本還有KAGRA等規模小一些的地面引力波探測激光干涉儀，而且印度也將投資建設LIGO-India地面引力波探測激光干涉儀。
這些引力波探測器都將探測到引力波。
那麼，引力波到底是什麼呢？
其實很簡單，時空的扭曲振動會產生引力波，正如一塊鋼板的振動會發出聲音一樣，時空的扭曲振動當然要發出“聲音”——這就是引力波。
在LIGO的探測精度內，大概有四個過程可以探測到引力波，第一種情況是緻密雙星的合併過程中發出的引力波，比如1到100個太陽質量的緻密天體（如中子星，黑洞）之間的合併過程就發出這個頻段的引力波信號；第二種情況是中子星的自轉，當一箇中子星的質量分佈不對稱的時候，它有一個隨時間變化的四極矩，這個時候也會輻射出這個頻段的引力波；第三種情況就是burst過程，就是一些短期的爆發源，比如超新星爆炸過程，時間很短，其引力波信號也很不規則，其頻率也在LIGO引力波探測器的探測範圍內；第四種情況就在宇宙學方面，早期的宇宙大爆炸會有隨機的引力波背景，這個極早期的漲落現在比較難探測，但也在LIGO引力波探測器的探測範圍內。
當然了，引力波的探測是很難的。所以才會得諾貝爾獎。
當然，要聽到時空的聲音是很難的，引力波是很難探測到的，有一個廣義相對論專家叫 Bernard Schutz。他曾在北京大學做學術報告時發表感慨說："我們花了幾十億美元找引力波，還是沒找到，有時候我晚上睡覺想想，我怎麼能和老婆睡自己床上呢？我他媽的應該睡監獄裡啊。"
引力波給了我們一種探測宇宙的新手段，以前我們只能用電磁波，現在可以用引力波了。
瀟軒
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造就
雖然作者與物理學獎也就差那麼幾個光年，但是對於諾貝爾獎的關注熱度不低於啥時候老闆給漲工資。在今年頒獎晚會之前已經早有預測，諾貝爾獎也有規律的，不信？
物理學獎頒發後普通群眾都有相同的感受——懵圈，感覺自己的生活差了幾個光年，的確這樣，因為諾貝爾物理學青睞於新的領域，在一個新的領域做出突出貢獻是獲得諾貝爾物理學獎的前提條件。
物理學有好多分支，按照美國物理學分類大概分為七類，天文學、天體物理和宇宙學，核物理和粒子物理，凝聚態物理，應用物理，生物物理學，計算物理，原子、分子和光物理。
一個比較有趣的統計規律就是，大致從1980年起，物理學諾獎，在以上七個分支中的五個流轉，即在天文學、天體物理和宇宙學，凝聚態物理，應用物理，核物理和粒子物理，原子、分子和光物理。如果再按照近10年諾貝爾物理學獎得主來看，有人統計，奇數年粒子物理或天體物理獲獎概率大；雙數年凝聚態物理獲獎概率大。所以答主沒有怎麼思考就鎖定了2017年的諾貝爾物理學獎領域：粒子物理和天文學、天體物理。2016年2月11日首次直接探測到的引力波恰好屬於天體物理分支。
然而什麼引力波？
去年2月11日LIGO合作組宣佈首次直接探測到來自遙遠宇宙中的引力波，引力波第一次走上“紅毯”，曝光在鏡頭之下，其實早在100年前愛因斯坦廣義相對論就預言引力波的存在。
如圖，愛因斯坦廣義相對論的觀點就是，沒有萬有引力，是質量帶來時空的扭曲，引力便是時空扭曲的現象。質量越大所導致的時空曲率越大，當巨大質量的星球運動者的時候（繞圈圈），時空就會發生震顫，產生波的效應。大質量的天體相互旋轉對時空造成扭曲的現象就可明顯了，以波的形式向外傳輸能量的形式便是引力波。所以在宇宙中誰胖誰穩當，誰瘦誰吃虧！
這也很好理解，就像我們常看到的相撲比賽，兩個胖子打架捲到一起之前總要那麼繞上幾圈的，轉的時候，殺傷力就已經輻射出來了，咣，撞到一起啦，旁邊的瘦子裁判被震倒了！
引力波的作用
引力波具有宇宙優秀男人的品質——專一，恩，就是“萬花叢中過片葉不沾身”，引力波在宇宙中傳播時幾乎是不衰減的，它的目標是遠方，它能夠穿透那些電磁波不能穿透的地方。這就有很大的用處了，它能夠提供一種觀測極早期宇宙的方式，能作為一雙犀利的眼睛洞察宇宙的起源，而這在傳統的天文學中是不可能做到的，目前觀察的幾十億光年遠現象傳輸到地球需要幾十億年，也就是目前通過研究幾十億年前的宇宙現象，那麼準確度自然不是很高。引力波將成為科學家們觀察研究宇宙的一架新的眼鏡。雖然預言了100年但是從沒有找到直接證據證明存在，直到去年才被LIGO合作組證實。所以直接探測到引力波可以獲得諾貝爾物理學獎。
核先生科普
宇宙可以看成這樣一種存在，時間和空間是基底，物質編織在基底上；或者說時間空間是舞臺，而物質是演員，在舞臺上演繹我們日常所見的精彩事件。物質通過電磁波和引力波不斷輻射能量，只是引力波與物質彼此之間的相互作用非常微弱，所以雖然愛因斯坦早就預言了引力波的存在，但它不像電磁波這樣容易為我們所感知，所以科學家們一直不能確認它的存在。
那麼引力波究竟是什麼呢？電磁波是物質之間相互交換能量和動量的現象，而引力波是物質和時空之間交換能量的現象，因此電磁波是物質引發物質的形變，引力波是物質引發時空的形變，是物質對它存在的時空本身的作用，是宇宙後臺在物質作用下的形變！只是我們平時所見的物質質量太小，難以引發可觀測到的時空扭曲現象，就像演員在舞臺上表演，我們能夠看到的是演員的揮手投足——電磁波，看不到的是演員引發的舞臺形變——引力波（比喻，非真的引力波）。即使是科學家們首次探測到的14億光年外，兩個質量分別為29和36倍太陽質量的黑洞合併，損失了3個太陽質量形成62倍太陽質量的新黑洞，其攪動時空所引發的引力波，也僅把地球上長達4公里的LIGO懸臂扭曲了不到一個質子直徑萬分之一的長度。由此可見，要發現引力波是何等的困難！
那為什麼發現了引力波就可以獲得諾貝爾獎呢？物理學的第一次革命是牛頓發現萬有引力，奠定了經典物理學的基礎，愛因斯坦的廣義相對論則重新定義了我們的時空觀，幾乎將宏觀世界的所有秘密都呈現在我們眼前；第二次革命是電子的發現，奠定了量子力學的基礎，科學家們在微觀尺度的不斷探索，創生了現代化學、生物學等幾乎所有現代科學學科，以及我們現代生活所需的所有物質成果。
廣義相對論描述引力，量子力學描述其它三種力但不包括引力，當科學家們試圖將二者結合起來充滿信心地揭示宇宙的終極奧秘時，卻沮喪地發現它們根本無法相容，在時空的最小尺度上引發了驚濤駭浪，“廣義相對論的方程無法平息量子泡沫的喧囂”（布賴恩·格林）。引力波的發現，讓我們第一次掌握了直接探測時空變形的工具，黑洞、暗物質、暗能量，這些無法用電磁波“看見”的東西，很可能會呈現在引力波的精彩世界裡，和探測物質形態的工具電磁波結合起來，一個包含了所有宇宙時空和物質的量子引力世界正在向我們走來，愛因斯坦窮其一生追逐的萬有理論很可能會在不久的將來成為現實。
所以，引力波的發現獲得諾貝爾獎，不僅眾望所歸，或許也是諾貝爾獎歷史上分量最重的一次之一。
徐德文科學頻道
施鬱
（復旦大學物理學系）
波是某種振動的傳播，如水波、聲波等。顧名思義，引力波就是“引力的波”。引力波超越了牛頓引力理論。
三百多年前，艾薩克·牛頓（Isaac Newton）說，任何兩個有質量的物體之間存在萬有引力，而且這個引力是瞬時的，也就說，物體之間引力的傳遞不需要時間。牛頓解釋了為什麼地球圍繞太陽轉，為什麼樹上的蘋果會落地。
然而愛因斯坦1905年創立的狹義相對論指出，任何信號的傳遞不可能超過光速，時間和空間成為整體，稱為時空。
十年之後，愛因斯坦又將引力納入相對論的框架，創立廣義相對論，指出萬有引力就是時空的彎曲，由此決定物質的運動。用索恩的導師、美國著名物理學家約翰·惠勒（John Wheeler）的話說，“物質告訴時空如何彎曲；彎曲的時空告訴物質如何運動。”物質之間的引力，需要時間來傳遞。
1916年，愛因斯坦根據廣義相對論，預言了引力波。
引力源質量分佈的改變，導致它對其他物體引力的改變，這種改變以光速傳播開來，就是引力波。既然引力是時空彎曲，那麼引力波也就是“時空的漣漪”，即時空彎曲情況隨時間變化、在空間傳播。引力波到達之處，在垂直於傳播方向的平面上，任何長度都會振盪，而且在互相垂直的任意兩個方向上步調相反。因為牛頓力學中沒有引力波，所以引力波的觀測也就驗證了廣義相對論。
LIGO探測到引力波，意義不僅在於直接驗證廣義相對論預言的引力波的存在，還在於開啟了對強引力以及黑洞的直接觀測，打開了認識宇宙的一個新窗口。
探測到引力波是人類歷史上最重大的發現之一，因此可以獲得諾貝爾獎。
物理文化與施鬱世界線
引力波在天體物理學中是指時空因為某個事件所產生的漣漪，以波的形式從源向外傳播，這就是引力波。引力波的產生是有質量轉化的，比如消耗多少個太陽質量可形成多強的引力波。為什麼發現引力波就能獲得諾貝爾獎，這是因為引力波在1916年就已經被預言出來，只不過過去沒有人能夠直接找到其證據，同時引力波也只符合愛因斯坦的時空理論，與經典的牛頓力學是不兼容的，因此如果發現引力波，就意味著牛頓力學的適用範圍沒有相對論更大，也間接證明愛因斯坦的偉大之處。
一個百年前的預言，直到今天才發現，更能體現其發現意義。2015年第一次發現引力波之後，使用更多的探測器來探測同一引力波源對愛因斯坦的廣義相對論進行更詳細的檢驗就成了一種趨勢。LIGO實驗室、加州理工學院等都是引力波研究的前沿機構，還有意大利的處女座探測器等。LIGO實驗室和處女座探測器合作探測是我們向引力波的宇宙邁進一步，處女座探測器強大的探測能力能夠更好地定位引力波源，這無疑將導致未來令人興奮和意想不到的結果。
引力波的研究證明了世界科學團隊和干涉科學的日益增長的能力。幾十年來，引力波的存在僅僅是一種理論；到了世紀之交，所有試圖探測引力波的嘗試都一無所獲，因此這次引力波發現獲得諾貝爾獎也是板上釘釘的事，如此偉大的里程碑事件，被選上諾貝爾獎也是必然的事。
深空電報
發現（驗證）引力波的意義，絕不止在於印證了百年前的理論這麼簡單，更重要的是，它所使用的技術，可以作為一個新的觀測手段，用來觀測一些以前難以觀測對象，例如黑洞、暗物質等等。而且也有消息稱，確實有機構準備構建更大引力波探測器，用以更加精確地觀測引力波。
首先形象地來解釋一下什麼是引力波。我們知道，具有質量的物體本身會使得時空彎曲，質量越大，引起的彎曲就越大。這個彎曲絕不是局部的，而是會形成一個場，彌散開來。這樣，物質在運動的時候，這個場也會跟著運動。然而，場本身是攜帶信息的，而根據相對論就可以知道，這個場信息的傳遞，其速度必然是小於光速的。由於這個限制，就引發了「時空中的漣漪」——引力波。之前LIGO觀測過多次黑洞合併事件，就是這個原理。兩個黑洞在合併之前，會互相高速旋轉，就像兩個筷子在水中高速旋轉一樣，激起了時空的漣漪，這個漣漪，就被引力波探測器所收到了。
近期的一次觀測，是雙中子星的合併。這次觀測實際動用了三個觀測站，從而可以使用接收時的時間差來計算引力波到來的方位。知道了方位、強度，其實恰恰就相當於多了一種望遠鏡一樣。即我們除了可以觀測宇宙中的電磁波信息，還可以進一步使用引力波來仰望星空。這一個新的維度，必然是開創性的工具。後面，一定還會有更多驚人的新聞在等著我們。
