何謂引力波 ?

mca

廣義相對論曾預測引力波 (gravitational waves) 的存在。 引力波指天體在加速運動時產生的時空漣漪 (像船行的水漣漪)，它是從移動天體釋放出來的一種能量，又稱 "引力輻射"，以光速傳播，但頻率很低 (理論說 1 kHz 以下)，携帶的能量甚弱，要待高密度天體發生劇烈移動時才會察覺出來，例如兩顆中子星的快速互繞，或兩個假設黑洞的對碰。

早在 1970 年代，兩位天體物理學家 Russell Hulse 與 Joseph Taylor 研究一對在天鷹座以近距互繞的中子星 (編號 PSR B1913+16，其中一顆是脈衝星)，它們的軌道週期只有 7.75 小時，但偏心率大，軌速不停地在 110 至 450 km/s 之間改變，最特別的是，這個軌道週期依照引力波的理論按年遽減，兩人都認為引力波把雙星的輻射能量帶走，結果軌道收細，週期也相應縮短。這是初次取得的非直接引力波証據，兩人因此分享了 1993 年諾貝爾物理學獎。



http://arxiv.org/abs/astro-ph/0407149





在 2000 年，美國投巨資展開 LIGO 引力波探測計劃 (上圖)，LIGO 包括兩座分隔三千公里的實驗室，這樣可以利用三角法找出引力波源的位置，兩座實驗室亦可互相印証測量結果。基本上，LIGO 是一台有雙臂的鐳射干涉儀，雙臂接成 L 形以利測量取向，每臂長四公里，注入的鐳射光透過分路器 S 化為兩道光束 (a、b) 射向臂內的鏡子，最後返回 S 混合輸往接收器。輸出訊號相當於兩束光波合加的干涉圖樣，在 a、b 波峯相叠的相位，干涉的波幅最大，峰谷相叠則波幅最小，如果任何一臂的長度有變，即使變化小至 10^–18 m，也會影響 a、b 的相位差，結果會在干涉圖樣顯露出來。

自啟用以來，科學家一直期望天體的引力波掃過 LIGO 令雙臂長度 (時空) 改變而產生光波干涉現象，可惜一直沒有收獲，原因可能是到達地球的引力波太弱，引力波被大氣層反射或衰減，LIGO 的靈敏度和頻寬不足，或是引力波根本不存在。據說將有新的 LISA 干涉儀放上太空令兩臂的長度增至五百萬公里，這樣可以大幅提高測量的靈敏度和頻寬，希望藉此找到引力波的直接証據。

LIGO 網頁  http://www.ligo-la.caltech.edu/LLO/overviewsci.htm  
LISA 網頁  http://lisa.nasa.gov/

留意： 到目前為止，引力波仍然是理論上的東西，未有具體証明。1993 年諾貝爾獎是因為兩位得主發掘了研究 "引力" 的新途徑，不是發現了引力波。