引力波是時空結構中的漣漪，就像一艘穿越平靜海面的船在其後留下絲絲尾波一樣，宇宙中移動的“飛船”也會產生引力波。不同的是，引力波情況下的“飛船”卻是極度猛烈的物體，所引發的事件要劇烈得多，如黑洞合併、中子星碰撞、超新星爆炸等。所有這些都會在時空結構中產生波，隨著其漣漪在宇宙中的傳播而進行拉伸和擠壓。如下面動畫所示兩個黑洞碰撞的最後片刻所產生的引力波。隨著兩個黑洞相互繞著對方轉動，引力波會朝著外方傳播。
由於從地球的角度觀察，引力波非常微弱，因此檢測引力波的技術僅僅在最近幾年才有。像所有波浪一樣，引力波的大小隨距離而減小，直到它們到達我們身邊時，遙遠的“沉船”，即宇宙中那些遙遠的暴力事件，所引發的浪花，已經逐漸地減縮為極其微弱的震盪。極其遙遠的黑洞合併或中子星碰撞事件所造成的這些波，壓縮與拉伸了空間及其中的所有星體後，許多許多光年後才傳播到我們地球，確實需要非常先進的技術才能探測到。
愛因斯坦在他的1915年廣義相對論中首次提出了引力波的存在。他認為，電磁光譜中的每種光，從紫外線到可見光再到無線電波，都以波傳播；聲音以波的形式傳播，為什麼引力不應該以相同的方式傳播？
然而，在1915年後的幾十年中，愛因斯坦本人對引力波的存在並不確信。1936年，他和他的同事羅森發表了一篇題為“引力波存在嗎？”的論文，但是由於其中一個數學錯誤而被學術期刊拒絕。
正是這一錯誤使論文作者得出結論，認為引力波不存在。以後愛因斯坦糾正了這一錯誤，論文的結果取得完全相反的結論！儘管有證據表明引力波的存在，愛因斯坦仍不確信，並相信，即使確實存在引力波，也是非常微弱，以至於人類將永遠無法開發出檢測它們的技術。
愛因斯坦並不是唯一從事引力波研究的理論家。其他著名科學家也做出了重要貢獻，其中包括羅伯特·奧本海默（Robert Oppenheimer）、羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）、卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）、亞瑟·愛丁頓（Arthur Eddington），基普·索恩（Kip Thorne）和理查德·費曼（Richard Feynman）。直到1957年1月，費曼才最終使人們相信，引力波的確存在，而且引力波也可以攜帶能量，並用他稱之為引力波粘珠論（英語：sticky bead argument）的說法來解釋這一點。費曼的工作直接為當今的重力波探測器鋪平了道路。
然而，再過了50年，第一個引力波才被探測到。經過許多科學家數十年的概念與技術開發的艱苦努力，探測引力波的一個大規模物理實驗和天文觀測臺：激光干涉引力波天文臺（英語：Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，縮寫：LIGO）於2015年9月公佈，觀測到距離相距約13億光年的兩個黑洞的合併。
令人難以置信的是，LIGO在觀測到此結果時尚未開始正式觀測運行：在進行了一系列最新升級以提高其探測範圍和靈敏度之後，LIGO才開始進行工程測試。黑洞合併幾乎是在檢測器運行時立即檢測到的。這一結果再次證實愛因斯坦廣義相對論。
愛因斯坦的另一個主要預測是引力波將以光速傳播。通過測量引力波信號到達LIGO的兩個相距近3,000公里的觀測站之間的時間差，科學家可以確定愛因斯坦的預測是完全正確的，引力波確實確實以光速傳播。
2018年，處於意大利的歐洲探測引力波的一個大型干涉儀——室女座干涉儀（Virgo interferometer）加入到LIGO，這大大提高了科學家探察引力波起源位置的能力。至今，這兩座探測器發現了大約50個黑洞合併、8次中子星碰撞、6次中子星-黑洞碰撞。其中一些可能最終歸因於所謂的“地面干擾”：過往交通甚至海浪引起的振動都可能導致誤報。
2020年1月14日，LIGO還發現了一個起源完全未知的事件，該事件與任何模型或預測都不符，也許令人興奮地預示迄今未知的宇宙現象的存在。
日本神岡引力波探測器（KAGRA）不久與室女座干涉儀、LIGO一起探測引力波。在2030年代，歐洲航天局計劃發射引力波探測計劃：激光干涉空間天線（Laser Interferometer Space Antenna，簡稱LISA），該探測器將能探測出超大質量黑洞和超新星爆炸產生的低頻引力波。中國已經開始著手在海拔5250米的西藏阿里啟動了“阿里計劃”——全球海拔最高的原初引力波觀測站建設，力爭成為地球和空間引力波探測領域的世界領先者。
到目前為止，所有檢測到的引力波事件都與愛因斯坦的預測以及基於他的計算所得出的計算機模擬完全吻合。愛因斯坦肯定會為自己的錯判而感到驚訝，人類不是永遠無法開發出檢測它們的技術，人類的聰明才智確實難以估計，創造了他認為不可能的技術。他也許還會後悔自己引力波存在的懷疑。但是他當然也應該感到很欣慰，對引力波的檢測也證實了他的相對論理論。下圖為基於兩個合併的產生引力波的黑洞的計算機模擬。
引力波天文學是一門嶄新的科學，有望解開宇宙的許多奧秘。我們對宇宙的看法還正在進行中。將來，甚至有可能檢測到來自大爆炸本身的引力波，以聆聽數十億年以來的創造之聲的迴響。
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