引力波也稱重力波，引力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動，是時空曲率的擾動以行進波的形式向外傳遞的一種方式。如同電荷被加速時會發(fā)出電磁輻射，同樣有質量的物體被加速時就會發(fā)出引力輻射，這是廣義相對論的一項重要預言。

  引力波與流體力學中的重力波很相似，當液體表面或內部液團由于密度差異離開原來位置，在重力（gravity force）和浮力(buoyancy force)的綜合作用下，液團會處于上下振動以達到平衡的狀態(tài)。即產生波動。引力波則是由于空間質量和速度的變化導致空間產生的波動。

  有何意義？

  引力波的發(fā)現(xiàn)意義重大，從科學意義上看，引力波可以直接與宇宙大爆炸連接。廣義相對論中預言的引力波也可以產生于宇宙大爆炸中，這就是說大爆炸之初的引力波在137億年后的今天仍然可以探測到。一旦發(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸時期的引力波，就可以揭開宇宙的各種謎團，甚至了解宇宙的開端和運行機制。

  激光干涉引力波天文臺（LIGO）探測到黑洞合并，一個重要的科學意義就是證實了黑洞確實存在，至少是一種完美的圓形物體，由純真空的、彎曲的時空構成，像廣義相對論預測的那樣。

  精密測量儀器——激光干涉儀引力波觀測臺

  令科學家們第一次得以窺見引力波“真容”的機器，是有史以來最先進的、用于探測宇宙中最輕微振動的探測儀。置于美國地下的這兩臺探測儀，名為激光干涉儀引力波觀測臺(LIGO)。其中一臺位于華盛頓的漢福德，另一臺位于約3000公里外的路易斯安那州的利文斯頓。

  觀測臺的建設工作始于1999年，并在2001年到2007年間開展了觀測工作。之后，這兩個觀測臺經歷了一次重大升級，令其功能增強了10倍。

2015年9月，升級后的高級LIGO探測儀首次開始全面運轉。當月14日，路易斯安那州的探測儀首先捕捉到了一個來自13億年前南部天空的引力波信號。7.1毫秒后，華盛頓的探測儀也捕捉到了相同的信號，這使得科學家們能夠證實這一發(fā)現(xiàn)真實不虛。

  上述兩部完全相同的檢測器可以在引力波穿過后檢測到細微的波動。引力波探測儀“就是一臺將太空中的波動轉變?yōu)殡娮有盘柕拇笮蛢x器”。

  這些超精密測量儀器通過利用單個長約4千米的大型激光干涉儀工作。這些干涉儀都被埋在地下，令其能夠得出最精確的測量結果。這種L型儀器根據(jù)激光物理學和空間物理學原理追蹤引力波。它們不像望遠鏡那樣依賴天空中的光線。它們感知太空中的振動，這種優(yōu)勢令它們可以揭示黑洞的特性。

  測量原理

  用干涉儀進行科學探測的基本原理是比較光在其相互垂直的兩臂中度越時所用的時間。當引力波在垂直于干涉儀所在的平面入射時，由于特殊的偏振特性，它會以四極矩的形式使空間畸變，也就是說，會以引力波的頻率，在一個方向上把空間拉伸，同時在與之垂直的方向上把空間壓縮，反之亦然。對于激光干涉儀來說，當引力波通過時，干涉儀相互垂直的兩臂所在的那部分空間自然也產生拉伸或壓縮效應。也就是說，引力波會使干涉儀的一臂伸長而同時又使另一臂縮短。比較光在相互垂直的兩臂中度越時所用的時間的變化，就能探測引力波產生的效應，從而知道引力波是否存在。

  原則上講，激光干涉儀引力波探測器是一臺“變異”的邁克爾遜干涉儀（邁克爾孫干涉儀是用來測量長度和長度變化的設備），其相互垂直的兩臂各有一個法布里—珀羅腔，并帶有光循環(huán)鏡和其他功能部件。如果不考慮法布里

珀羅腔光循環(huán)鏡及其他部件的作用，激光干涉儀引力波探測器就可以簡化成一臺單次往返的邁克爾遜干涉儀。

  激光干涉儀引力波探測器是一種大型綜合性實驗裝置，由光學部分、機械部分、信號轉換部分和控制部分等組成。本質上講，它應該是一臺超大型高精度的光學儀器，其光學部分包括邁克爾遜干涉儀、法布里—珀羅腔、光循環(huán)鏡、頻率調制器、光隔離器、波片、信號引出系統(tǒng)。

  作為一種大型的精密光學儀器并作為引力波天文學研究的關鍵設備，激光干涉儀引力波探測器已在世界各地蓬勃發(fā)展起來，開辟了引力波探測的新時代。２０世紀８０年代，數(shù)十臺小型干涉儀陸續(xù)興建，到２１世紀初，幾臺大型激光干涉儀相繼建成并投入運轉，。這些大型干涉儀被稱為第一代激光干涉儀引力波探測器，當前，采用新材料、新技術、新工藝的第二代激光干涉儀正在緊張地建造之中，同時，以愛因斯坦引力波望遠鏡為代表的第三代激光干涉儀引力波探測器也開始籌劃，隨著第三代激光干涉儀引力波探測器的建立，人類必將進入引力波天文學蓬勃發(fā)展的新時代。