王振華
第三十一章：深度剖析引力,引力波，引力場的本質及四種基本力的統一概述
我要寫什麼，我的思路是很清晰的。一看這一章的題目就很嚇人。兩個關鍵點：1、引力與其他基本力的關係，這裡選擇了電磁力作為突破口。2、四種基本的力統一說明。
再者在我的書《變化》中其實宏觀的，尤其對相對論的理解要比量子力學的理解多的多。所以我有必要不斷增加對量子力學的說明。來佐證我一直反覆強調的觀點——愛氏廣義相對論可以和其他三種基本力融洽！
所以我們要討論的點非常多，牽涉的面也達到了史無前例的廣，這就是這個題目嚇人的原因。如果僅僅是題目嚇人，那也好啊。題目背後的東西是讓我們人類絞盡腦汁都頭疼的問題。一起來走進這個神奇的世界吧！
當然我們要討論這一章的課題，是依據前面的知識理論支撐的。首先從哲學上，從一開始我就說了，事物是普遍聯繫的，聯繫是有條件的。那麼作為宇宙的四種基本力，怎麼可能沒有相互聯繫呢？不融洽呢？
可是為什麼我們失敗了那麼多次，沒有成功的統一四種基本力。我要說每一次的失敗，都是為下一次成功做鋪墊。鋪墊多了，新的條件出現了，新的想法出現了，問題就迎刃而解了。
我們現在已經知道了時空是時間，物質，空間一體化組合。且引力的本源就是時空！也就是說引力是時空性質。
那麼據此就很明顯了，四種基本力【引力，電磁力，強力，弱力】中最根本的是引力！
之前所有的理論都不曾論述四種基本力誰是最重要的，最根本的。也就是說在我的理論中引力是最根本的，最重要的力。
除了引力，其他三種力都已經被統一在規範場論理論內了。但其實引力在量子領域依然對粒子是有作用的。只是我們通常在量子力學範圍內認為這種引力作用微乎其微，所以忽略不計。
我認為這種忽略不計是不嚴謹的。而且認為宇稱不守恆，不確定性原理，自發性破缺等都與引力是有關係的。引力扮演了一種“擾動”的角色。
這就是說明了引力是宇宙中根本性的力，是一種時空性質。還有比這個更廣的力嗎？沒有！ 也就是是其他三種力在時空範疇內，而時空性質的根本體現就是引力。
從哲學角度來說，在處理各種力的關係問題的時候，我們往往要以引力為主要矛盾來分析各種現象和狀態。另外三種力作為次要矛盾來考慮。
從最新的研究作為切入點開始。我們先來看看什麼是引力波，引力又是如何被發現的。先來看看下面這張關於引力波的圖片說明。圖片是我在百度百科找到的，非常詳細，是一張長圖。但在word不知道怎麼全部顯示。
通過圖片我們知道了，引力波是一中時空漣漪。通過波的形式從輻射源向外傳播，這種波以引力輻射的形式傳輸能量。在1916年 ，愛因斯坦基於廣義相對論預言了引力波的存在。引力波的存在是廣義相對論洛倫茲不變性的結果，因為它引入了相互作用的傳播速度有限的概念，即光速。
相比之下，引力波不能夠存在於牛頓的經典引力理論當中，因為牛頓的經典理論假設物質的相互作用傳播是速度無限的。
在2016年2月11日，LIGO科學合作組織和Virgo合作團隊宣佈他們已經利用高級LIGO探測器，已經首次探測到了來自於雙黑洞合併的引力波信號。
2016年6月16日凌晨，LIGO合作組宣佈：2015年12月26日03:38:53 （UTC），位於美國漢福德區和路易斯安那州的利文斯頓的兩臺引力波探測器同時探測到了一個引力波信號；這是繼 LIGO 2015年9月14日探測到首個引力波信號之後，人類探測到的第二個引力波信號。
為了詳細讓大家瞭解我後面要給大家講述的理論，就有必要對引力波的具體探測工作有了解。我們以上圖中劉博洋博士的論述來作文字展示。
兩個質量分別是26和39太陽質量的恆星級黑洞。互相旋轉，最後合併。黑洞合併產生了非常大的碰撞，所以我們遙遠的地球觀察到了引力波。
這個過程分為三個階段。
第一個階段： 兩個黑洞的引力波頻率從30Hz開始，這在引力波天文學中是比較低的頻段，但這意味著黑洞是15Hz軌道頻率。再具體點就是這兩個黑洞分別是30和36太陽質量。每個半徑大概是100公里左右，距離是1000公里左右。每秒種互相轉15圈。
第二個階段：到兩個黑洞合併的時候，引力波頻率達到100Hz，軌道頻率50Hz，就是每秒轉50圈。這個時候兩個黑洞已經快成一體了，兩個黑洞“中心”的距離大概是200公里。
第三個階段：這個合併的黑洞繼續扭曲震盪，形成一個新的，旋轉的黑洞。這個黑洞的質量是63個太陽質量。其中有三個左右的太陽質量在碰撞中消失，以引力波的形式向外擴散！
再回到我的引力的本源理論——引力是時空性質。時空是能量的時空。所以在沒有大質量天體擾動的情況下，時空漣漪是很難被探測到的。雖然我們就處於在時空中。有種“不識廬山真面目，只緣生在此山中”的感覺。
在這裡再次強調引力不是時空彎曲產生的，引力是時空性質——是時空產生引力！
彎曲是假象。因為時空背影是彎曲的，引力可以使得時空彎曲！但不是時空彎曲產生了引力！是時空能量，是時空產生了引力！這就是為什麼只要是具有質量的物體都具有引力。因為引力就是一種時空性質，任何有質量的物體無法脫離這樣的時空法則。從宏觀到量子層面都是這樣的。
所以就很明顯了，引力波是時空的漣漪，那麼什麼是引力場？ 時空就是引力場，很顯然這樣的引力場是全域場。這和現有的引力場定義有根本區別。
其實不難理解，引力是時空性質，引力場自然也是時空性質。它們的區別就是時空在線，面，體的不同表現，但都是出於同一時空性質！
所以引力場的定義就是：引力場是一種全域性的時空性質，其場強度和能量物質分佈及運動速度成正比關係。
關鍵詞：全域性，物質能量分佈，運動速度，正比關係。
所謂全域性是指從理論上來講引力場是整個時空的性質，那麼它的廣度就是時空所在處必然存在引力場。
物質能量分佈該怎麼理解，在整個時空中物質能量的分佈是不均的，引力場強度自然就是不同的。雖然是理論上是全域性的場，也就是瀰漫整個宇宙。但是從微分思維出發，由於這種的物質能量的不均性，我們可以把全域場劃分為N個局域場。
但要清楚這種劃分是人為的，是為了更好的研究引力理論而設想的。
那麼局域場與局域場之間的關係是咋樣的？很明顯是與物質能量的分佈成正比，與它們之間的距離的平方成反比。
再這裡提醒大家，引力和引力場作用的傳遞速度都是光速。這個已經在前面章節中論述過了。
很多人可能會問，為什麼不在引力場的定義的中加入“與距離平方成反比”這樣的描述，而在局部引力場中就加入了這樣的描述。 我上面說了，引力場應該是全域場，是一種時空性質，。只有當你去測量具體物體，具體天體，具體星團的引力的時候，可以區分他們的距離——即物體之間的距離。也就是至少有A和B兩個質點。
這樣我們把牛頓引力定理就引了出來：任意兩個質點有通過連心線方向上的力相互吸引。該引力大小與它們質量的乘積成正比與它們距離的平方成反比，與兩物體的化學組成和其間介質種類無關。
數學公式表述為：F= GMm/ r^2。G為引力常數，等於G=6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg²。
顯然牛頓的理論是一種“靜態”引力理論，是一種絕對時空理論。愛氏的廣義相對論是一種“動態”的引力理論，是一種相對時空理論。這是愛氏先進的地方。
也就是說牛頓的引力理論有侷限性，不適於高速運動的物體。因為相對論效應，高度運動的物體質量會增大。如果牛頓認為質量是不因運動速度變化的，那麼自然就不會認識到這點。
這也是我為什麼重新定義質量。就是將質量回歸能量的本質。然後用能量來定義質量。即：質量是物體在相對時空中的一種物理屬性，物體所蘊含能量的多少是物體質量的量度。
這樣就把質量始終放在相對論時空下的質量了。 那麼牛頓萬有引力定理錯誤了嗎？ 其實不能說錯誤了，是不夠究竟，和不準確。這在人類認識宇宙世界過程中必須要經歷的。
引力場，引力的本源都是時空。引力波就是時空的漣漪。在這裡要提出電磁波的概念。引力波和電磁波是不同的。引力波是時空的漣漪，電磁波是電磁場產生的。他們的關係我們會在後面詳細剖析和論述。
現在有一個最大的問題是引力場，引力，引力波的本源都搞清楚了。那麼我們問了：引力子存在嗎？？
上面給大家介紹了引力波被探測到的過程。黑洞在合併的過程會損失若干個太陽質量，這些太陽質量以能量的形式震盪開來，被我們檢測到，即引力波。
就是說時空也是能量時空，引力和引力場的本源就是能量時空。它是一種時空性質。引力波就是時空的巨大變化引起的，不像電磁波那樣。
引力的傳播不需要介質，也就是說引力波的傳遞不需要介質。時空是一種能量時空，能量的傳遞不需要介質，這就是為什麼引力和引力波的傳遞不需要介質。但它們傳播的速度是光速，不是超光速！
否則一個反問就把我們自己困住了，這個反問是：如果引力，引力波的傳播是超距作用，也就是說傳播不需要任何時間，那麼人類還可以檢測到引力波嗎？？ 顯然是不可能的！
既然引力，引力波，引力場的本源都回歸於能量時空，那麼所謂的引力子就是能量的最小單位——能量子。
那麼最小單位的能量是什麼，存在嗎？就目前的研究是不存在的！就是說沒有最小能量單位的說法，沒有這個定義！
所以說引力子這個東西的探究需要謹慎，極有可能竹籃打水一場空。因為引力是時空性質。時空是能量時空，所有的一切都是構成能量時空的物質。
也就是說所有的量子力學體系下的粒子也屬於能量。那麼如此，愛氏的廣義相對論更應該可以與其他三種基本力融洽。也就是說我們需要建立一個“能量場論。” 這個我們還要再下一章詳細講。
最後再給大家強調這樣一點，其實既然所有的物質東西都是能量。那麼其實統一理論的現有描述已經出來了。那就是能量守恆定律：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，只能從一個物體傳遞給另一個物體，而且能量的形式也可以互相轉換。
在不同的領域有不同的表達，如下文：
1、保守力學系統
在只有保守力做功的情況下，系統能量表現為機械能，（動能和勢能）能量守恆具體表達為機械能守恆定律。
2、熱力學系統
能量表達為內能，熱量和功，能量守恆的表達形式是熱力學第一定律(熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體，也可以與機械能或其他能量互相轉換，但是在轉換過程中，能量的總值保持不變)。表達式為Q=△U+W.
2、相對論理論
在相對論裡，質量和能量可以相互轉變。計及質量改變帶來能量變化，能量守恆定律依然成立。歷史上也稱這種情況下的能量守恆定律為質能守恆定律。
4、
流體力學在流體力學中有一種邊界層表面效應，又稱"伯努利效應“。是指流體速度加快時，物體與流體接觸的界面上的壓力會減小，反之壓力會增加，伯努利效應是流體力學中的能量守恆定律。伯努利因發現這一現象併成功解釋它而創立的流體力學。
5、電磁學
根據楞次定律，感應電流所產生的磁場總是阻礙原磁場磁通量的變化，這種阻礙的結果就使得電磁感應的過程中將其他形式的能量轉化為電能，感應電流形成迴路，再將電能轉化為其他形式的能量。 也就是說，楞次定律所揭示的感應電流與原磁場的關係本質仍然是能量轉化的關係，即能量守恆定律。
6、化學
質量守恆定律：在化學反應前後，參加反應的各物質的質量總和等於反應後生成的各物質的質量總和。這就叫做質量守恆定律
7、
經典力學諾特定理把對稱性跟守恆量聯繫起來了，非常有用。是指對於力學體系的每一個連續的對稱變換，都有一個守恆量與之對應。對稱變換是力學體系在某種變換下不變。
表述：對於每個局部作用下的可微對稱性，存在一個對應的守恆流。
上述命題中的“對稱性”一詞精確一點來說是指物理定律在滿足某種技術要求的一維李群作用下所滿足的協變性。物理量的守恆定律通常用連續性方程表達。
定理的形式化命題僅從不變性條件就導出和一個守恆的物理量相應的流的表達式。該守恆量稱為諾特荷，而該流稱為諾特流。諾特流至多相差一個無散度向量場。
諾特定理對於所有基於作用量原理的物理定律是成立。它得名於20世紀初的數學家埃米·諾特。諾特定理和量子力學深刻相關，因為它僅用經典力學的原理就可以認出和海森堡測不準原理相關的物理量（譬如位置和動量）.
所以看了上面的表述，大家知道其實在宏觀上能量守恆是一個常識性定律。迴歸量子層面，也應該這樣的。我們只是需要建立一個不守恆下的“守恆萬有場理論”，即把愛氏的廣義相對論，也納入到規範場論中來。該處的“不守恆”指的是弱相互作用下的宇稱不守恆。
而且絕對零度不可達到，就說明一切物體具有能量！這一點知識所深刻表達的內容是引力是永恆存在的，時空是永恆存在的。所以愛氏和霍金的宇宙有限論是不可靠的。
同樣這個觀點，我在反對韋爾蘭德熵引力假說中提到過。這也是一個絕對的理論。
最後的結尾語是——你永遠不知道明天會發生什麼? 好好活著，好好期待！
本文摘自獨立學者，科普作家，國學起名師靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》第三十一章
靈遁者國學智慧
引力是具有速度的“物質”
跟電磁波、聲音甚至波浪一樣，引力並不是從世界誕生之初就佈滿整個空間的，它具有一定的傳播速度。
根據相對論，引力跟電磁波一樣沒有質量，因此引力傳播的速度與光相同。
引力有些值得注意的性質：
假如我們把空間看做可塑造的，那麼引力的可以扭曲空間，所以我們的世界並不存在絕對平直的空間。從二維的角度來看，我們可以用張直的氣球平面模擬二維空間，把具有質量的東西放到平面上會發生什麼呢？
沒錯，氣球面會凹下去，形成一個坑。 如果是黑洞，那麼這個坑就是個無底洞。如果放兩個呢？沒錯會撞到一起（大家不妨想象一下，把太陽比作大石頭，太陽的引力比作大坑，地球和其他行星比作有速度小球，小球在坑裡轉是啥情形？沒錯就是科學館裡面看到的樣子！）
好了，相信大家對引力有點了解了，當然，我們生活在三維空間，我們的空間扭曲的方式並不完全像視頻裡的方式，但是可以想象一下大概是什麼樣子。
我們可以用向量場的方式描述空間形變：
實際上，在相對論的理論中更加準確的描述方式可以是這樣的：
最短的距離並不一定是直線
在幾何空間裡，穿越兩位置的最短路徑是直線。然而在扭曲的時空裡，最短路徑就可能被扭曲成曲線了。小編這裡用草圖來向大家簡單解釋：
在平直的空間裡，兩點之間的距離看起來是直線，我們用網格來描述空間，並且把經過的點作個標記（網格不太整齊哈）：
我們為經過的空間位置加上標記
假如我們在直線附近加一個質量，周圍的空間會變成什麼樣子呢？沒錯，它被扭曲了：
圖中的黑色點表示有質量的物質
我們重新把經過的點標出來並且連線
好了，連線並不是直線
空間扭曲的觀點更加能解釋宇宙中的現象，比如沒有質量的光也被扭曲的現象（引力透鏡）。
解釋了引力的一些簡單性質，我們來看看啥是引力波。
加速運動的質量產生引力波
實際上我們只要用力揮揮手，都會產生引力波，根據相對論，物質在不同速度下具有不同的質量，所以在加速運動時，物質的質量會有波動，這樣就能在周圍的空間產生引力波動了。只不過相對論效應在低速低能世界裡造成的影響非常小，所以我們日常根本感受不到。即便是大規模的宇宙活動，到達地球時其波動也很小了。
引力波跟聲波有一定的可比性：
聲音
聲音由震動的物體產生，震動可看做往復加速運動
介質因震動而傳播聲音，聲音在介質中傳播時，介質會產生形變
聲音傳播具有速度，連續的震動能在連續時間上形成連續波
聲音攜帶能量
引力波
引力波由質量加速度產生，連續的質量往復加速度可引起連續 空間形變
引力波在空間上傳播，並具有一定速度
引力波攜帶能量
我們可以把空間看做引力波的介質
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雖然在原理層面上，聲音跟引力波完全不同，但是上面這些性質卻能讓我們直觀地理解引力波，超大質量黑洞合併（質量損失），脈衝星自轉、超新星爆發等都是引力波的強有力來源。
如果只存在一個質量物體，靜止地存在於時空之中（或者處於勻速運動狀態），那麼它所處的時空不會發生變化。但如果你加入第二個質量物體，那麼這兩個物體之間就會發生相互運動，互相會向對方施加一個加速度，在這一過程中也就將造成時空結構的改變。更加重要的是，由於存在一個大質量粒子在引力場中運動，廣義相對論指出這一大質量物體將會被加速，並釋放一種特殊的輻射：引力輻射。
這次科學家探測到的黑洞合併產生的引力波，就是由兩個黑洞合併時的巨大質量損失產生的。
引力波影響公轉
這以為著即便在沒有阻力的宇宙中，相互繞行的系統（如太陽系）其中的動能還是會以引力波的形式散失，也意味著天體間距離會慢慢拉近！
所以即便沒有任何影響，地球最終的還是會墜落到太陽上。
不過不要太過擔心，對於像地球圍繞太陽運行這樣一個系統，相對而言這兩個天體的質量還太小，而兩者之間的距離又非常巨大，因此在引力波耗散能量的條件下，這個軌道也將需要經過10的150次方年才會衰減崩潰，如此長的時間早已遠遠超過了宇宙的年齡，事實上這也遠遠超過了已知所有恆星的壽命！
然而對於相互繞轉的黑洞或中子星而言，它們之間存在的軌道衰減效應則已經被觀測到了。這種散失的能量載體就是引力波。
怎麼發現引力波
我們還需要知道的是，光速並不受空間扭曲影響（速度不變的光也隨著引力波帶來源的信息）。所以我們可以利用這種性質來發現引力。
我們整理下思路
空間變化使味著空間中兩點的距離改變
光速不由空間扭曲改變
光的波長頻率因空間波動產生變化
所以只要發現莫名的距離變化，就算捕捉到引力波了。
所以科學家發明了這個裝置：
位於美國的“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）
先進LIGO”設施包括兩條互相垂直的長臂，長度均為4公里。將一束激光用分光鏡分成夾角為90度的兩束，然後兩束激光分別被4公里外的反射鏡反射回來併發生干涉，並且這樣的反射可以來回進行多次，從而大大增加激光運行的路徑長度。
由於頻率和波長完全一致，在正常情況下，這兩束激光應該是完全相同的，但是如果存在引力波作用，則會對這兩束激光的波長頻率產生影響，從而導致兩束激光在疊加的干涉條紋上出現改變。這樣的改變將能夠讓科學家們判斷兩個繞轉天體各自的質量大小、它們之間的間距以及這一系統到地球之間的距離等豐富的信息。
之所以現在才發現，是因為引力波實觀測值實在太小，比干擾因素小若干個量級，也只有在計算機技術十分發達的今天才有可能做到。
發現引力波又咋樣？
科學家找引力波找了好多年了，有用共振方法的，有在南極放儀器的。引力波理論是相對論的一部分，歷史上也被多次證實，只是沒有直接發現而已。
“先進LIGO”是有史以來人類建造的最先進的引力波觀測設施，因此也是最有希望能夠窺見真實引力波信號的地方。該項目有超過1000名頂尖科學家參與其中，因而也使其成為規模最為龐大的引力波搜尋國際合作研究項目。如果所有科學目標都能夠如預期中的那樣達成，那麼就在今晚，我們將一起見證一個全新天文學時代的開端。
儘管這次的消息最早是由一位項目組之外的科學家勞倫斯·克勞斯（Lawrence Krauss）最先披露的，因而也引發了外界的廣泛批評——因為這樣的消息理應是由當事方，也就是LIGO項目合作組來負責對外發布的。但不管如何，就在今晚，如果引力波被首次直接探測到的消息能夠得到證實，那麼這些都將顯得不再那麼重要，因為我們將會因此受益良多：我們將會再次確認愛因斯坦是對的，引力輻射是真實存在的，並且黑洞的合併過程的確會產生這樣的引力輻射，而更重要的是，這樣的引力輻射信號是可以被 從地球上探測到的。 這將是一個全新的天文學領域，一個不需要望遠鏡的新的天文學領域，它將引領我們打開理解黑洞、中子星和其他難以採用傳統方法進行觀測的天體類型的全新視野。
或許未來的黑科技來自這個發現！（引力波通信？引力波武器？時空傳送？）
超級數學建模
我們不妨從最平常的水波談起。
在一個平靜的湖面裡，有一塊石頭被丟進湖心，引起了湖水的運動變化，這種
運動變化我們稱之為水波。水波的傳遞不是瞬時的，從湖心到達岸邊，需要時間。
水波的載體是水體，聲波的載體是空氣、液體或固體等。
任何一種波都是需要介質或載體來表現的。波，這一現象，其實指的是物質的週期性變化傳遞。
根據廣義相對論，物質之間，天體之間，比如地月之間的引力傳遞也不是瞬時的，也是有時間性的週期變化的。
假如太陽突然憑空消失，太陽系中所有行星的週期變化規律肯定會被改變，但這種改變也不會是瞬時的。
從當太陽憑空消失的一剎那開始算起，大約有8分鐘時間，地球還將繼續按照老的公轉軌道運行與自轉；但在8分鐘之後，太陽憑空消失這一事件對地球的作用就開始顯現了，從此地球將會脫離原有的軌道。
也就是說，太陽與地球兩者之間的引力，其傳遞也是週期性變化的，也是需要時間的；因此，也是一種波。這種波就被命名為引力波，速率是光速。
人們一般難以理解引力波的地方是：它靠什麼傳播？水波需要水，聲波需要物質，引力波靠什麼傳播？答案是空間，不是其他有形物質。
宇宙空間不是我們通常所認為的一動不動，而是像任何物質一樣都會動盪變化的。空間中發生的任何物質事件，理論上也在同時改變著周遭的空間結構。空間會變，對，沒錯，空間會變！這是我們一般難以接受的。空間變化，根據相對論，當然同時也會引發時間的變化，也就是說時空會變；而不是一成不變。
愛因斯坦將引力的實質，等於解釋為時空與物質變化間的相互作用。而引力波其實就是時空結構的變化。
這種時空變化，當然很難驗證與觀測到。但是宇宙中巨大的黑洞合併事件所引發的引力改變的傳遞效應足夠巨大，從而使我們有辦法驗證，如今也已經證實了。
其實這是合乎常識的。因為宇宙中所發生的天文事件，如果都是瞬時相互影響的，那顯然將是沒有次序、亂套的、也無法想象。
就像光有速度，引力傳播也有其速度。引力傳播的速度恰好是光在真空中的傳播速度，其傳播變化就構成了所謂的引力波。
建章看世界
一、什麼是引力波？
2016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(圖1)，一時在網上引起一股“引力波熱”。從愛因斯坦的廣義相對論預言引力波的存在至今已經有100年了，這一劃時代的發現絕對是送給廣義相對論最好的生日禮物了。然後，外行看熱鬧，內行看門道，這個大家口中的“引力波”到底是什麼鬼呢？讓我們從一個比較簡單的圖像說起。
圖1，兩個正在並和的黑洞產生的引力波(版權歸LIGO/MIT/Caltech所有)
我們都知道，波(或者波動)是我們生活中一種很常見的現象，如水波、聲波、電磁波等。和常見的波現象相比，引力波在廣義相對論中是以四維時空結構的擾動向外傳播能量的方式存在的。三維的物體對於我們是比較直觀的，而四維時空無非就是加上時間箭頭，要我們把時間和空間統一起來看 (圖2)。
這樣，整個宇宙的時空結構就呈現4個維度的“網”\n(注意：這裡只是用二維的“網”去類比時空結構，不能認為時空就是一張二維平面的網。)，平直的時空就像平靜的湖面一樣非常的安靜(圖3)。然而，大質量天體之間的併合過程會對周圍的時空造成極大的擾動，這種擾動會以波動的形式向外傳播能量，較遠的平直時空結構也會收到影響而留下時空的“漣漪”(圖4)。
這就是廣義相對論中所描述的引力波，是不是很酷呀？
圖2，時間和空間是密不可分的，有質量的物體會對周圍的時空結構造成影響
圖3，平直時空就像平靜的湖面一樣恬靜優美，但大質量天體周圍的時空是彎曲的
圖4，正在靠近並相互繞轉的大質量天體會對時空造成較大擾動，會以引力波的形式向外輻射能量
二、天上的引力波源有哪些？
並不是只要有大質量天體就能輻射出引力波，引力波產生的條件是系統具有“四極矩”，與電磁輻射的偶極矩有很大區別(圖5)。這樣的話，一些極為對稱的獨立源(如單黑洞、對稱的緻密星)就不能釋放引力波，因為它們的引力場只具有“偶極矩”。
圖5，偶極的電磁輻射對比四極的引力輻射(轉自《A Review of the Universe》)
現在理論上預言的引力波源有這麼一些：
1. 緻密雙星系統。
旋進(in-spiral)或者正在合併(merger, ring-down)的緻密雙星系統(黑洞、中子星、白矮星或者夸克星)是非常常見的引力波源，LIGO首次找到的引力波就是這種源產生的。雙星系統可以是恆星質量的緻密雙星(圖6)，也可以是星系中心的超大質量雙黑洞，振幅和頻率的範圍跨度很大。
圖6，緻密雙星系統的併合過程(轉自LSC - LIGO Scientific Collaboration)
2. 快速旋轉的非球對稱緻密星。
非對稱性對應的角動量會隨著自轉向外進行引力輻射，這種不對稱性越顯著，引力波的能力就越強。舉個例子來說，好比中子星表面長了一座“山”，星體的自轉會使這座山逐步變平讓自己趨於球對稱，這一過程當然會產生引力波(圖7)。
圖7，非球對稱的中子星所產生的引力波(轉自LSC - LIGO Scientific Collaboration)
3. 超新星或者伽瑪射線暴。
這兩種現象都是大質量恆星死亡時極為絢爛的“樂章”，爆發時星體大量物質被拋射出去的不對稱性也會導致引力波的釋放(圖8)，並伴隨有可以預期觀測到的電磁輻射對應體。
圖8，超新星或伽瑪暴過程也會產生引力波(版權歸NASA所有)
4. 宇宙早期的暴漲(Inflation)留下的原初引力波背景。
宇宙大爆炸理論中描述的早期暴漲過程，時空結構會產生劇烈的突變， 產生的引力波會一直存在於宇宙中，作為背景留在天上各個位置。由於過得自宇宙誕生至今的時間太久遠，這種引力波背景的強度也變得非常微弱，頻率非常低 。
圖9，暴漲過程留下的原初引力波(版權歸BICPE2所有)
三、怎樣探測引力波？
引力波的“四極輻射”性質使其相比於傳統的偶極輻射微弱得多，探測難度的難度可想而知。由於在平直時空中光所走的路徑是直線，而在彎曲時空中光所走的路徑相對於平直時空是有所不同的，這種極為微小的差異體現在傳播路徑距離或者信號傳播需要的時間上面。因此，引力波探測最基本的原理的就是測量出引力波經過時，光信號(或電磁信號)傳播路徑上，距離或者時間的微小變化。
目前用於搜尋引力波的探測手段主要有這幾種：激光干涉儀(Advanced\nLIGO, VIRGO, LISA, eLISA等)，脈衝星測時陣列(Pulsar Timing Array)，宇宙微波背景輻射的B模式偏振等。
1. 激光干涉儀(Laser Interfeometer)
激光干涉的方法源自邁克爾遜干涉儀。邁克爾遜干涉儀的基本原理就是把激光分光，然後讓這兩束光做相干干涉，得到干涉條紋。這種干涉條紋的位置和間距對激光傳播距離非常敏感，如果有引力波經過，這種極為微弱的距離變化可以在多次反射的激光干涉後捕捉出來(圖10)。
圖10，邁克爾遜干涉儀光路圖
地面上的引力波探測器LIGO (Laser\nInterferometer Gravitational-wave Observatory) (圖11)的設計思路是調整臂長為4公里的這個超級邁克爾遜干涉儀的激光傳輸距離，使被分光的兩束反射光和透射光在探測器那裡產生相消干涉，也就是在沒有引力波經過的時候，探測器是沒有干涉條紋的。當引力波經過時，兩條長臂的距離一條增大，另一條減小，干涉條紋出現，就達到了探測的目的。
圖11，LIGO探測器漢福德站(Hanford)全景圖(版權歸LIGO所有)
空間的引力波探測器LISA (Laser\nInterferometer Space Antenna) 是一個等邊三角形的激光干涉儀(圖12)，臂長500公里，與地球同步繞日公轉。這樣的設計構造非常優美，如同宇宙的琴絃一樣。空間衛星的有點在於可以有效避免地面上的干擾，缺點就是造價昂貴，發射的成本高。因此，一個小LISA(eLISA，臂長100公里)項目暫時取代已經由於經費不足擱置的大LISA項目，正在準備中。沒錢造大三角板，我們可以先從小的玩起嘛。
圖12，LISA引力波探測衛星的設計圖(版權歸LISA所有)
2. 脈衝星測時陣列(Pulsar Timing Array)
不一定只能通過測距的辦法來捕捉引力波經過時留下的“痕跡”，也可以通過長時間的計時去搜尋引力波引起的時空變化。“繩鋸木斷，滴水石穿”說的就是這種名為脈衝星測時陣列(PTA)的探測手段。
脈衝星，尤其是毫秒脈衝星(自轉週期在毫秒量級)，是一種非常穩定的“鍾”，當來自遙遠星系的引力波經過地球或者太陽系周圍時，這些“鍾”傳到我們望遠鏡的脈衝信號會有時間上微小的變化，找出這種與之前計時的模板的微小差異，就可以捕捉到引力波的信息。由於脈衝星到我們大概有上千光年的距離，這種探測手段可以很好的把波長為光年量級的引力波找出來，但這需要人們對很多顆毫秒脈衝星做多年的計時觀測，才能達到探測要求。
PTA是一個很容易用圍棋去類比的東西， 在這個時空的“棋盤”上，不同方位的脈衝星相當於在不同位置下的“棋”，控制住這塊引力波經過的“實地”會幫助我們圍住所想要的引力波信息。
圖13，脈衝星測時陣(PTA)的設計構想(版權歸D.Champion/MPIfR所有)
3. 宇宙微波背景輻射的B模式偏振(CMB B-mode Polarization)
宇宙大爆炸理論要求存在一個名為“暴漲”的時期，非常短暫，但這期間宇宙的尺度發生指數式的增長，這種劇烈的變化會以原初引力波的形式存在於現在的宇宙各處。理論學家經過一系列複雜的計算發現原初引力波會與宇宙微波背景輻射發生作用，在其B模式偏振光中留下“足跡”，測量這種模型的微波背景偏振，就可以間接證明原初引力波的存在(圖9)。
主要用的設備當然是射電或遠紅外的望遠鏡，如坐落於南極的BICEP1, BICEP2, BICEP3望遠鏡，還有即將在我國西藏阿里地區開展的Ali CMB項目。BICEP2在2014年初得到的原初引力波結果因為Planck衛星公佈銀河系塵埃輻射分佈，無法排除該區域銀河系塵埃對B模式偏振所造成的影響而夭折了。即便如此，新的設備和項目正在醞釀，相信不久之後會有更新的發現。越好的科學需要越沉得住氣的耐心，原初引力波正是如此。
四、開啟引力波窗口的重要意義？
電磁波是電場和磁場在空間中傳播能量的形式，而引力波則是引力場在時空中傳播能量的形式。這兩者本質上不同，但對於人類認知世界都有極為重要的影響 。
電磁波自英國科學家麥克斯韋1865年提出到1887年第一次被德國物理學家赫茲用實驗證實只用了20多年時間，而引力波從提出到首次發現用了將近一個世紀，這種劃世紀的等待往往意味著更為重要的科學會應運而生。我們知道直到現在，引力還是很難跟其他三種基本相互作用(強、弱、電磁相互作用)一起用一套統一的理論去描述，而引力波的發現會讓這一切充滿各種可能性。新現象？還是新物理？都是令人期待的。
如果說電磁波讓人類擁有了一雙可以欣賞神秘而美麗的宇宙的“千里眼”(圖14)，那麼引力波則是讓人類擁有一對可以傾聽波瀾壯闊的宇宙的“順風耳”(圖15)。
圖14，電磁波譜和不同波段下星系的圖像(轉自Education and outreach collections from the University of Chicago)
圖15，引力波譜上對應的引力波源和探測手段(版權歸J.I.Thorpe/NASA所有)
隨著LIGO探測器第一例引力波事件(GW150914)的發現(圖16)，人類算是剛剛打開引力波天文學這一扇新的科學窗口，未來會有什麼新的發現，讓我們拭目以待。
圖16，人類第一次直接探測到引力波，LIGO的GW150914 (B.P.Abbott et al. 2016)
（來源知乎）
半米食光
傳統觀點認為，引力場是描述質量為M的物體延伸到空間中的作用力的理論模型，引力場的大小與物體間距離的平方成反比。
如果物體加速運動，假設是一個正弦振盪，這時引力場又呈現出不同的特徵；除了平方反比定律外，場外還有一個以光速傳播的場力，它也是振盪的。這一場力與距離成反比，而不是距離的平方。它攜帶了大量的能量和動力，如果中途沒有被其他物質吸收，這些能量和動力將會到達無限大。
因此，要探測遠距離物體的引力是很困難的，但是我們可以或者說我們期望我們可以探測遠距離物體的引力波。
觀測脈衝雙星時我們發現，兩顆中子星相互繞對方運動的軌道是在變化的。雙星體系內部能量一直在衰退。能量衰退率就等於我們預計的引力輻射率。到目前為止，這是對引力波理論的唯一證明。
激光干涉引力波天文臺等實驗能夠探測到來自脈衝雙星等物質的引力波。
在廣義相對論中，“場”是描述兩個座標之間距離的“度規張量”。在量子論中，“場”由引力子和引力波組成。即使在經典牛頓物理學中，假設引力的傳播速度小於光速，我們也能預測到當物體加速運動時會產生引力波。
迷失在耶路撒冷
憤怒企鵝在前面已經很詳細的寫了學術界裡面對引力波的差不多能公開的全部的科普內容都介紹了一遍。所以我不談搜索都能找到的已經都公開的內容。我想寫點我個人對引力波的疑惑和得出的結論。
疑問1.首先對引力波產生的過程有個疑問。
這次發現的引力波是兩個黑洞碰撞形成。那麼根據目前科學家對黑洞的探測發現可以得到如下信息。
黑洞周圍是有一圈旋轉的等離子體氣流團，而且具有磁場。
那麼兩個黑洞的碰撞應該是兩個等離子體氣流團的碰撞。那麼這個就可以用等離子體碰撞來可以分析。其碰撞過程應該是電子與電子的碰撞和離子和與離子的碰撞、還有電子和離子的碰撞。而且最後碰撞結果是新的旋轉的黑洞。電子迴旋產生磁場，離子的碰撞產生離子聲波，離子聲波與磁場耦合的結果產生的是低頻磁聲波。
這磁聲波波動的形成過程與愛因斯坦所主張的引力波發生物理機理大不相同。
疑問2.穿過地球電離層，穿透地面與深埋在地底下的激光干涉儀發生干涉。是什麼類型的波動有此本領？
這次被探測到的引力波頻率是15Hz。根據以往的衛星通信經驗低頻15Hz電磁波是無法穿透電離層的。根據已經公開的引力波的輻射模型可知道引力波是四極輻射波。前面科普提到電磁波與引力波輻射模型大不同。
偶極的電磁輻射對比四極的引力輻射(轉自《A Review of the Universe》)
所以可以否定引力波不是電磁波。
黑洞碰撞此類是屬於物理機械碰撞，由此產生的應該是機械波。但機械波與激光（電磁波）能發生干涉嗎？機械波肯定不能與激光（電磁波）發生干涉的！
所以引力波絕對不是機械波！
我的結論：
根據上述分析：引力波穿透電離層與激光干涉儀發生干涉。那麼這說明引力波具有電磁波特性。引力波穿透電離層又說明引力波不是電磁波，但機械波能穿透電離層。那麼同時帶有電磁波和機械波特性的特殊波動磁聲波呢？磁聲波是完全可以穿透電離層同時也與激光（電磁波）發生干涉。磁聲波是四極輻射波，引力波也是四極輻射波。
這樣下來結論是 引力波是磁聲波的可能性最大。
可怕的後果
再回過來看其結論的可怕的後果。
若是磁聲波是引力波。那麼引力波產生的物理機理與愛因斯坦所主張的引力波發生觀點完全不同。因為磁聲波是通過等離子體碰撞反應產生。愛因斯坦廣義相對論所主張的引力論將被證明錯誤的。牛頓所主張的具有質量的物體都具有引力的觀點也是錯誤的。因為蘋果內部沒有等離子體碰撞反應，產生不了磁聲波。
其結果是物理教科書要改寫！
虎哥航空研究室
個人觀點：引力波就是引力產生的波動，為了說明這個波動，我們來看下面的圖。
圖中表示一個相對穩定的理想空間，這片空間不受外部引力的影響（或忽略不計）。在這個空間中，有兩個物體A和B，為了方便設A與B除了位置以外，質量、形狀等完全一樣，A與B的距離是S。這樣A與B同時受到對方的萬有引力Fa=Fb=G*Ma*Mb/(S*S)，當然，Fa與Fb的方向相反，當然這時候B點感受不到任何波動。
P與Q是垂直於直線AB的直線上的兩個點，並且PA的距離等於QA。如果物體A此時以週期T在P與Q兩點間做均速運動時，物體B受到的來自物體A的萬有引力就是波動的，週期當然也就是T。這就是最簡單的引力波了……，當然了，實際上要想測試物體A的引力波是非常困難的，原因就是幹攏非常的多，假如在距離B十分之一處有一個是物體A質量的一百分之一的物體C的話，當C也在做週期運行的時候，對於B來說是無法知道這個引力波是來自A的還是來自C的。
個人觀點而已，以上內容歡迎拍磚。謝謝閱讀。
九心逍遙
廣義相對論所建立的引力場方程，將引力轉化為時空(空間)的扭曲。從空間能被扭曲這點看，根據數學對曲率(代表可扭曲性)的定義可知，線段(時空維度)只有保持連續才保證存在極限值即曲率，即空間(維度)只有連續才能被扭曲。那空間是連續的嗎？做如下簡單實驗驗證：打開一束手電筒光(或激光、燈光)，我們自己在光旁走來回動，由於空間是連續的，那麼，我們的走動將牽連光束處的空間產生扭曲，從而應可觀察到光斑或光束的擺動或移動，但事實上不會出現這種情況，因此，空間是不連續的，空間是不會被扭曲的，故廣義相對論認為引力為空間扭曲的觀點是錯誤的。通過激光觀察所謂的時空扭曲量是不成立，更不存在原初了引力波。引力波存在，是一種能量波，但不是時空改變量的波！
空間的奧秘
什麼是引力波？引力波如何產生，可能你想不到
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燕子李三fighting
引力波是引力效應的波動，是不規則波，正常狀態下是極微量的波動，大質量的天體劇烈運動才易於觀測。
只要物質、能量運動，就有時空彎曲效應，時空彎曲包含疏密，包含彎轉，有時空彎曲效應，就有引力效應。物質、能量一直在運動，時空一直在不斷彎曲，引力效應一直存在。物質、能量運動受時空彎曲效應影響，運動狀態一直在改變，進而改變時空的彎曲，引力效應一直在變化。物質、能量運動，局部表現為週期旋轉，週期旋轉呈現正弦波，引力效應也呈現正弦波動。物質、能量運動，局部週期旋轉受到干擾，本身也有進動，引力效應的波動不完全是理想波，不規則波是常態。
引力波到處在，引力波週期、波長可為任意值，波長大長，得長時間觀測，短期發現不了週期波動性。波長大短，一閃而過，又極難發現，現只觀測到三次。波長合適，又變化太小，觀測儀器限制觀測不到。
其實，不同時期，不同地點，用同質量物體在地球上用杆稱稱重，注意，不能用天平稱，會得到不同的重量，其重量為月球、太陽、太陽系行星等運動與地球運動的疊加，其重量變化即引力效應變化，其變化週期即引力波週期。
僅舉一例:海洋潮汐，即主要為月球引力波所至。
結論:引力波不神秘，只要有杆稱，引力波隨時隨地隨便會稱重的均可測，不用像科學共同體、民科講得那麼玄乎。
本文本科民不留版權，只為科普，自由應用。
