引力的前世今生,成为百年史话

在人类对引力的探索历程中，从牛顿的万有引力公式到爱因斯坦的广义相对论，我们对宇宙的理解逐渐深化。现在，随着引力波成为科学家们热议的话题，让我们回顾一下过去300年来人类对引力认识的里程碑式进展。

早在1687年，艾萨克牛顿的巨著《自然哲学的数学原理》横空出世，其中全面描述了万有引力定律。这一理论为天文学家的行星运动预测提供了精确工具，尽管在水星的轨道问题上存在微小瑕疵，但这并不妨碍人们对它的高度赞誉。

到了1895年，为了解释水星的一些异常行为，法国天文学家奥本勒维耶提出了一个假设：存在一个看不见的行星火星，其轨道靠近太阳，影响了水星的轨道。经过反复观察，科学家们并未发现这一迹象。

时间来到1905年，爱因斯坦的狭义相对论横空出世，震撼了整个物理学界。几年后，他开始尝试将引力引入他的理论方程中，这最终导致了广义相对论的诞生。在随后的几年里，爱因斯坦相继预言了引力红移、黑洞和引力波的存在。其中，引力红移指的是在强磁场中原子发出的光在逃离引力时波长变长，这一现象在1925年被美国天文学家沃尔特亚当斯观测验证。

随着理论的不断发展，科学家们开始发现更多的引力现象。例如，在1917年，爱因斯坦提出了受激辐射理论，即光与物质的相互作用可以释放能量。这一理论为激光的发明奠定了基础。到了1937年，科学家们甚至预测到整个星系团可以作为一个巨大的引力透镜。

在接下来的几十年里，科学家们通过实验不断验证爱因斯坦的理论。例如，在1959年，美国的庞德和雷布卡通过测量塔顶和塔底的辐射源相对红移，验证了引力红移的存在。而在随后的几十年里，科学家们陆续发现了黑洞的证据、观测到了引力时间延迟等现象。其中，引力时间延迟是指无线电波受引力作用而减缓的现象，这一理论在1966年被美国天体物理学家欧文夏皮罗提出，并在随后的实验中得到证实。

如今，科学家们对引力的研究已经取得了长足的进步。从牛顿的万有引力定律到爱因斯坦的广义相对论，我们对宇宙的理解已经深入到前所未有的程度。随着科技的进步和研究的深入，相信未来还会有更多的引力奥秘等待我们去探索。在探索宇宙的奥秘中，引力波的研究历程可谓是一部波澜壮阔的史诗。从叛逆的物理学家约瑟夫韦伯的误检，到脉冲星轨道衰减的测量显示与广义相对论预测的数据一致，这段历程充满了波折和等待。

1969年，美国物理学家约瑟夫韦伯声称首次通过实验检测到引力波的存在，这一实验结果却永远无法重复验证。到了上世纪七十年代，天体物理学家约瑟夫泰勒和拉塞尔赫尔斯发现了脉冲星的一种新型形态二进制脉冲星。通过对这些脉冲星轨道衰减的测量，他们确认了失去的能量与广义相对论预测的数据相吻合，这一重大发现使他们荣获了诺贝尔物理学奖。

时间来到七十年代末，首次观测到星系引力透镜现象。观察者丹尼斯沃尔什等人观测到了两个相同的准恒星天体，原来是两个独立图像的一个类星体，从而发现了首个河外星系引力透镜。自二十世纪八十年代以来，引力透镜效应已成为宇宙中强大的探测器。与此激光干涉引力波天文台（LIGO）也获得了资助并开始建设。

在引力波的探测过程中也曾出现过虚惊一场的误报。来自美国马里兰大学的约瑟夫韦伯设计出一种天线来直接检测引力波，声称接收到了来自超新星SN 1987A的信号，但这一发现最终被证明是错误的。

经过漫长的建设过程，LIGO终于在多地开始动工建设。在2002年，LIGO开始了它的第一次搜索引力波的行动。随后的几年中，科学家们不断进行着引力探测的尝试和实验，包括参考系拖拽探测等。在这一系列探索中，美国国家航空航天局发射的引力探测器B对地球周围的时空曲率进行了测量，进一步验证了爱因斯坦的广义相对论。

经历了多次升级后，LIGO的灵敏度不断提高。在2015年9月，先进的LIGO探测到了可能是由两个黑洞相互碰撞发出的信号。最终，在2016年，LIGO团队终于证实了引力波的存在。这一历史性的突破不仅为物理学界揭开了新的篇章，也为人类探索宇宙的奥秘开启了新的大门。