引力波到底是什麼？為什麼發現它就能獲得諾貝爾獎？
這一探測證實了阿爾伯特·愛因斯坦1915年發表的廣義相對論的一個重要預言，並開啟了一扇前所未有的探索宇宙的新窗口。
清華大學信息技術研究院LIGO科學合作組織工作組參與了引力波直接探測並作出貢獻。
中國亟需自主建設引力波天文台、培養跨領域人才、加強國際合作，進而帶動技術創新和科學發現，推動我國引力波研究的發展。
在各界對2017年諾貝爾物理學獎的預測中，引力波領域都是最大熱門，獲獎可以說是眾望所歸。遺憾的是，在LIGO的三位最初發起者中，加州理工學院物理學榮休教授羅納德·W.P·德雷福（Ronald W.P.Drever）在今年3月6日於愛丁堡逝世。
如今，Rainer Weiss、Kip S.Thorne、Barry Barish三人憑藉對LIGO探測器和引力波觀測的決定性貢獻（for decisive contributions to the LIGO detector and the observation of gravitational waves）獲獎，也算可以告慰愛因斯坦、約瑟夫.韋伯、德雷弗等歷代先賢在天之靈。
所謂LIGO系統，是由兩個相距1865英里的孿生探測器組成。每個探測器擁有兩個長4公里的L形真空管，科學家會在其中發射激光束。
隨著激光束到達真空管的末端，它會碰到鏡子並被反射回相反的方向。在所有條件一樣的情況下，兩束激光理應在同一時間返回發射源。由於干涉效應的作用，這會讓射向光子探測器的光線相消。
然而，如果引力波通過了探測器，根據阿爾伯特·愛因斯坦在100年前做出的預言，這種波會拉伸一個真空管的長度，同時收縮另一個真空管的長度，從而破壞上述完美的干涉相消機制，讓光線到達光子探測器。
如今，大約有950名科學家參與了LIGO的研究工作，他們來自全美各地以及另外15個國家的大學院校，曾經光臨造就做專題演講的曹軍威，就是國際激光干涉引力波天文台（LIGO合作組織）的中國負責人。
曹軍威
對於引力波領域獲得諾獎的消息，曹軍威回復：
「這一探測證實了阿爾伯特·愛因斯坦1915年發表的廣義相對論的一個重要預言，並開啟了一扇前所未有的探索宇宙的新窗口。
清華大學信息技術研究院LIGO科學合作組織工作組參與了引力波直接探測並作出貢獻。
中國亟需自主建設引力波天文台、培養跨領域人才、加強國際合作，進而帶動技術創新和科學發現，推動我國引力波研究的發展。
以下是曹軍威在造就關於引力波的精彩演講：
各位朋友下午好。我叫曹軍威，來自清華大學。我是國際激光干涉引力波天文台（LIGO合作組織）的中國負責人。我今天演講的題目叫《你所不知道的引力波之美》。我2004年加入美國麻省理工學院激光干涉引力波天文台的實驗室，2006年回國，在清華大學創建了LIGO工作組，2009年我們加入LIGO。我們加入這個組織工作了6年之後，在2016年2月11號，國際LIGO合作組織宣布直接探測到「引力波」。
今天我們想跟大家主要介紹三個方面的問題。
什麼是「引力波」？
我們怎麼探測「引力波」，為什麼很難探測？
為什麼我們認為探測到的是「引力波」而不是其他？
從科學工作者的角度，我會給大家一個非常詳盡的介紹。什麼是「引力波」？「引力波」從哪來？到底科學家直接看到了什麼？我們直接看到的是這樣的一個波形。
這兩個波形在距離3000公里的美國兩個激光干涉引力波天文台被同時監測到。距離3000公里，光從一個天文台走到另外一個天文台的速度是10毫秒。實際上這兩個波形它們之間相差了6.9毫秒。當我們把一個模型平移了6.9毫秒以後，把兩個曲線重合起來，大家可以看到關鍵的部分有非常高的重合度。這個就是我們觀測到的引力波的信號。
講「引力波」的時候，我們會說聽到了宇宙的聲音。很多年前我們有瞭望遠鏡，我們說這叫看到了宇宙。當引力波信號輸入到音頻以後，我們能聽到什麼？
最後一下，我們能聽到「Biu」的一聲，在頻率上它已經非常非常突出了。所以我們說聽到了「引力波」的聲音。
「引力波」從哪裡來？雙黑洞。
大家可能都聽說過黑洞，它的質量很大，連光都逃逸不了。只有大質量的物體在劇烈的天體運行中，我們才有可能探測到「引力波」。這對雙黑洞的併合經過了三個過程，第一個過程是旋進，過程中放出「引力波」。放出的能量使得它們旋進的速度越來越快，它們的距離也越來越近，當它們近到一定程度以後，兩個黑洞就會碰撞到一起。第二個過程是碰撞，實際上就是一個「引力波」發射的過程。第三個過程是衰減，它們形成了一個新的黑洞。這就是我們觀測到的「引力波」的一個波源，我們稱為「雙黑洞合併」。
這個過程釋放了「引力波」的意思是：有超大質量的物質，通過運動對引力場做了攪動，引力場中間的波動我們稱為「引力波」。雙黑洞合併釋放「引力波」這個過程，不僅僅是兩個黑洞在旋繞，還包括了它周圍引力場的變化。它們合併以後，會釋放大量的「引力波」，我們稱為「引力場中的波動」，這種波動攜帶了巨大的能量。
什麼是「引力波」？這要回到1915年愛因斯坦的廣義相對論。
廣義相對論想在幾分鐘之內跟大家講清楚，是一件不太可能的事情。不過可以給大家說一個最基本的概念：物質和時空是互聯的。無論是這麼大的天體還是一個人，都是一個物質的存在。而物質存在的同時，周圍是有時空把物質聯繫在一起的。
最直觀的解釋就是太陽和地球之間的關係。
為什麼地球會繞著太陽轉？牛頓的解釋是因為萬有引力。
引力是一個超距作用，引力和質量成正比，和距離成反比。愛因斯坦則從另一個角度來解釋。他不相信引力的傳播會是超距作用。他認為如果有一天太陽突然消失了，地球會怎麼樣？地球可能就會飛出去。地球怎麼會知道太陽消失了呢？它為什麼會飛出去？愛因斯坦就解釋，太陽如果消失了，它的引力場就會變化，這件事通過引力場的變化傳遞給了地球，地球知道太陽消失了，於是它就飛出去了。這個關係叫物質引導時空彎曲。
我們剛才講了，有物質的同時，還有一個場的存在。而這個場就是時空。太陽因為質量很大，他把時空做了彎曲，地球並不是心甘情願圍繞太陽轉，它以為自己在走直線，但是它實際上受到太陽所形成的時空彎曲的引導。時空引導物質運動，所以地球會圍繞太陽轉。物質跟時空是互聯的，這個互聯就體現在「引力波」和能量的交換。在正常情況下不同時空之間很難發生作用。但在極端的天體條件下，比如我們這次探測到的黑洞併合的瞬間，發出了巨大的能量，以波的形式，從其他時空傳遞過來，到達了地球。
在廣義相對論的基礎上，愛因斯坦於1916年預言了引力波的存在。
他認為任何加速運動的物質都會發出引力波。也就是說我跑兩步，你走兩步也可以有引力波，但這個引力波強度非常微弱，很難探測出來。
引力波會對時空產生什麼樣的作用？
在多極的情況下，它在一個方向上會拉伸時間和空間，在另一個方向上會壓縮時間和空間。
這個怎麼理解？
形象的理解就是：一張桌子，你用普通尺子去量，它是1米長。但如果尺子變了，你去量的時候，發現了這個桌子的長度也變化了。
引力波導致的是尺子的變化而不是物質的變化。
雙黑洞合併導致時空彎曲，釋放出這個引力波的過程中，如果我們把時空的效果再加進去，會是一個什麼樣的情況？
我們附加了下邊這條線，是我們探測到的引力波的實際一個曲線。這是在不到1秒的時間內發生的一個事件：兩個黑洞已經非常非常接近了，它們的旋進導致引力波的放出，然後旋進越來越近。大家能看到不僅僅是兩個物質間的運動，實際上是它們時空之間的相互作用。
當時空的彎曲作用逐漸接近，進入到非常劇烈的一個併合過程，在很短的瞬間釋放出了巨大能量的引力波，使得這兩個黑洞併合在了一起。這就是我們探測到的過程。
為什麼引力波很難探測？
一是因為引力波源距離我們很遠，二是即便有引力波，它跟物質的相互作用極小，一個引力波掃過你，你可能根本就沒有任何的感覺。在地球上一個氫彈的爆炸，所產生的引力波的量級是10的負27次方時空上的變化，這是我們無論如何也探測不到的。必須有大質量天體的極端運動，才能產生足夠讓人類現在能探測到的引力波。這個量級有多少？
我們這次探測到了在10的負18次方時空里，有四個格之間我們發現了其中一格的空間晃動了一下。為了探測到這個信號，我們建造了一個激光干涉引力波天文台，它台的臂長有4公里長，兩個臂是垂直的，都有4公里。這裡能看到光學的激光器件，信號是從這裡被探測到。
這個天文台的基本工作原理是：一束激光打出來，翻成兩束，再反射回來，如果兩臂絕對等長，那在成像儀上就沒有信號。如果由於引力波的作用使得一個臂壓縮，另一個臂拉伸，那就會在這個成像儀上產生信號。
時空都是相對的，唯有光速是絕對的，所以我們要藉助激光這個媒介來測量空間的彎曲。我們來回放一下：我們想像的宇宙空間里，有著像水波紋一樣的時空分布。
如果這裡面有像黑洞這麼大的物質，開始在裡面對時空進行攪動的話，它就會不斷地釋放出引力波，這個引力波是在物質周圍，跟物質聯繫在一起。旋轉越快、越近，引力波放出的能量就越大。最終這兩個黑洞併合在了一起。
經過我們後面的推算，我們探測到的這個引力波信號，發生在13億年前，經過了很多很多星系，最終來到了地球，這個過程只有一秒的時間。
而我們就在這一秒的之前的一個禮拜，把兩個天文台做好了，剛剛好可以達到能探測到它的精度。
所以你說幸運不幸運？你說美不美？通過我們的波形，推算出這兩個黑洞的質量，一個相當於太陽質量的29倍，一個相當於太陽質量的36倍。併合以後的黑洞是62個太陽質量。也就是說在不到1秒裡面，有三個太陽質量的能量，瞬間從物質導入了時空，產生了一個巨大的引力波。
大家可以想像這個量級：太陽已經存在了45億年，而且還將存在45億年，它生命全過程中釋放出來的能量，供地球用都用不完。
而三個太陽質量的能量，在不到一秒鐘的時間內釋放了出來，經過了13億年傳到了地球，我們才有機會在不到1秒的過程中捕捉到它、探測到它，這就是事件全過程。
為了做到這件事，我們的探測器達到了很多人類所能達到的技術極限。
第一是探測臂外面有一個罩，裡面是一個真空腔，這是全世界最大的真空系統，4公里長。而且我們等於有兩個這種真空系統，它們在中間交叉了一下。因為真空能避免各種分子運動在空氣中的干擾，所以我們要在真空里才把激光束打出。
我們打的激光也不能是一般的激光。必須是能量高又穩定的激光才能實現精密測量。反射這激光的鏡面必須質量非常好，激光打上去以後，由於熱運動鏡面開始變形，而必須排除各種干擾，我們才能探測到10的負18次方這樣的精度，所以這個鏡面也是特殊製造的。
懸掛這個鏡面的機械裝置是最穩定的一個振動隔離系統，外邊不論怎麼振，這個鏡子必須不動。
最後，我們需要一個數據的採集和分析系統。我本人是計算機專業出身，所以我更多的工作是放在這個系統上。2015年9月14日，5點51分，這個信號被捕捉到，進入到我們的數據分析系統。
9月14號5點54分，在3分鐘之後，我們在線的程序流水線就發出了警告，告訴我們有這樣一個信號值得關注。這個程序流水線的名字叫Coherent WaveBurst，它做了一件非常簡單的事情：計算這個波形的能量變化。發現在兩個天文台捕捉到這樣的能量變化，而且時間差距在10毫秒以內，我們就把這個信號提取出來。認為這可能是一個引力波信號。前面我們既講了什麼叫引力波的基礎理論，又講了我們怎麼探測到引力波。
下面我就講一下，為什麼我們這麼確信這個信號就是個引力波，而不是其他的東西？
我們把收集到的16天的數據都輸入到這張圖裡面去，大家可以看到，左邊是代表我們所有的信號的背景，右邊這個點就是我們探測到的信號。探測到的信號，遠離我們整個數據的背景，遠離的程度是多少？它的信噪比在23以上，它在天文上的標準顯示度達到了5.1σ值。在天文上，5以上我們認為就是一個新發現。我們沒有機會對黑洞放出的引力波做實證的對比，因為我們現在還沒有任何方式能觀測到黑洞。那麼我們做了一個模擬的對比。
上面是一個黑洞併合的過程，這個紅線叫數值廣義相對論的一個模擬曲線，這個灰線是從第一張PPT的數據中重構出來的——一個我們認為是引力波的曲線。大家能看到這兩個曲線的相似度在99%以上。在旋進併合到漸退的過程，它從35赫茲到350赫茲，在不到一秒的過程中劇變然後消退。這不是一個普通的雜訊所能偽裝出來的信號，一個雜訊想偽裝成這樣的一個信號的概率，20萬年才會有一次。這件事加強了我們的信心。通過這樣一個對比，我們非常有信心：這是一個引力波的信號。
這項工作，有來自全世界一百多個科研機構的上千名科學家參與。從90年代開始建設天文台，到現在探測到引力波，歷經20餘年，清華大學是中國的唯一的參與單位。
這件事的理論意義，我想用這句話是最準確的概括了：
引力波的探測，是愛因斯坦在1915年提出的廣義相對論在最極端最嚴格情況下的一個驗證。
等於說是填補了廣義相對論四大驗證中最後的一塊板塊。在天文上的意義在於說我們開始能夠聽到宇宙，打開了一扇探索宇宙的新窗口，開啟了引力波天文學的一個新時代。
未來的工作很簡單，這張圖標識了我們用兩個天文台來定位引力波源的一個精度。這個精度還是很粗糙的，它不足以支撐我們未來精確的引力波天文學的研究。
未來我們要建設全球的引力波探測網路，這樣的一個網路在美國已經運行，在歐洲和日本建設，甚至在印度也開始籌劃，中國也在緊鑼密鼓的計劃中國主導下的引力波天文台的建設。
很多人都問我，你這個東西有什麼用呢？
現在我可以明確地告訴大家，沒有現實意義上能掙錢的應用。但是我想最起碼在剛才的幾十分鐘里，它給我們了一個機會，讓我們大家在一起去仰望星空。
引力波到底美不美？從剛才我給大家介紹的一系列數字之中，大家可以來想像自然和宇宙是如此的神奇。
13億光年，65個太陽質量，在一秒鐘之內放出了這麼大的能量，而在10的負18次方的量級上探測到引力波的存在。
實際上我想講的並不是自然有多神奇，我更想強調的是，人類居然能夠理解這件事，是不是更神奇？
居然有愛因斯坦這樣的人，在100年前就寫下了方程，預言到了這件事。而在100年後，居然有人就能做出這樣的儀器，把它探測出來。所以我想到底美不美，大家每個人心中都有你們自己的一個答案。
很多人也問我，到底時空穿越，星艦文明有沒有可能？我想沒有不可能的事情。
在演講的結尾，曹軍威說：如果有一天，我們有了遠航的星艦文明，它將會回想和2016年2月11號這一天，人類探測到引力波。這是一個歷史的起點，而不是終點。
造就說：
公元2017年10月3號這天也將會被永久銘記，人類正式開啟了引力波天文學的新時代，形成引力波觀測觸發下的多信使天文學。
造就還曾經獨家專訪LIGO實驗室首席探測科學家彼得·弗雷斯切爾，深談引力波探測細節：
三位獲獎者
基普·索恩（Kip S. Thorne）
基普·索恩是美國理論物理學家，擔任加州理工學院費曼理論物理學教授，是世界上研究廣義相對論下的天體物理學領域的領導者之一，他的主要貢獻在於引力物理和天體物理學領域.很多活躍於相關領域的新一代科學家都曾經過他的培養和訓練。
基普·索恩曾擔任影片《星際穿越》的科學顧問，《星際穿越》上映前後，"諾蘭的Group"會至少發兩篇論文，一篇黑洞物理，一篇計算機圖形。2016年5月31日，獲得邵逸夫天文學獎。2016年12月4日，獲特別基礎物理學獎（共同獲獎）。
索恩的研究方向主要為相對論天體物理學和引力物理，著重於對相對論性星體和黑洞，特別是引力波的研究。
對於公眾而言，索恩最著名且富有爭議的理論可能就是他關於蟲洞或許能夠作為時間旅行工具的假說。不過，索恩真正的科學貢獻其實涵蓋了廣義相對論里以時空和引力本性為中心的幾乎全部的話題。
長久以來，索恩給予了LIGO儘可能多的理論支持，包括指明了LIGO所要探測的目標波源，設計了光束管道中用來控制散射光的反射板。
他還和莫斯科的弗拉基米爾·布拉金斯基的研究小組合作研究開發了用於新一代引力波探測器的量子非破壞性測量（QND）器件設計，並提出了降低影響引力波探測器的主要雜訊之一，即熱彈性雜訊的數種解決方案。
雷納·韋斯(Rainer Weiss)
雷納·韋斯，1932年出生於德國，麻省理工學院（MIT）物理學家，1966年便設想出一種探測引力波的方法，2015年9月1000名利用激光干涉引力波天文台（LIGO）開展研究的物理學家在兩個巨大黑洞位於距地球10億光年的地方相互圍繞著旋轉時，探測到其輻射出的脈衝波。2017年9月21日，獲得第二屆「復旦-中植科學獎"。
關於韋斯教授，造就曾發布過由《麻省理工學院新聞》（MIT News）做的專門訪談。（傳送門 | 獨家專訪LIGO首席科學家：引力波可以用來發現外星人嗎？）
巴里.巴里什（Barry Barish）
巴里.巴里什，加州理工大學教授，LIGO實驗室現任主任，領導了LIGO建設及初期運行，建立了LIGO國際科學合作，他把LIGO從幾個研究小組從事的小科學成功地轉化成了涉及眾多成員並且依賴大規模設備的大科學，最終使引力波探測成為可能。
業界先賢
約瑟夫·韋伯（Joseph Weber）
約瑟夫·韋伯，美國物理學家。1969年，韋伯宣稱，他已取得很多人認為是不可能的成就：探測引力波。這一宣布使人們立即對韋伯刮目相看，全美各地紛紛邀請他去做報告。但韋伯的名望很快遇到了挑戰，越來越多的人開始懷疑他所得出的結果的正確性，展開曠日持久的大論戰。
1969年底，韋伯在權威雜誌《物理評論快訊》上列出一系列零時延遲事件的超出值，並聲明這是真正的引力波跡象。這意味著，他探測到的每一個脈衝將意味著比人們所能想像得出的事件所爆發的能力還要高出幾百萬倍的引力波的閃爍。理論家們想像某個位於銀河系中心的黑洞可能會發射出強烈的引力波。人們開始相信韋伯的結論，天文學家們著手尋找引力波的可見跡象，他們每年都要搜索成千上萬顆恆星。
羅納德·德雷弗 （Ronald W.P Drever）
羅納德·德雷弗 ，美國加州理工學院物理學榮休教授。1931年出生於英國格拉斯哥，1953年於英國格拉斯哥大學取得理學士學位，並於1958年於該校取得自然哲學博士學位。2016年9月27日獲邵逸夫天文學獎。2017年3月6日在愛丁堡安詳逝世。
他在加州理工學院分別擔任客座硏究員(1977)、教授(1979–2002)和榮休教授(2002–)。他是美國人文與科學院院士及愛丁堡皇家學會院士。
2016年9月27日晚，邵逸夫獎2016年度頒獎禮在香港舉行。羅奈爾特·德雷弗、雷納·韋斯、基普·S·索恩獲得邵逸夫天文學獎，以表彰他們對「激光干涉儀重力波觀測站」(LIGO)的構思和設計。LIGO最近首次直接觀測到重力波，為天文探索開創了一個新方法，而它首先偵測到的非凡事例，是兩個星級質量的黑洞合併。
造就：劇院式的線下演講平台， 發現最有創造力的思想關於引力波一直以來不斷的爭議和不懈的探索，關注本號，你還可以回顧以下內容：
LIGO再次探測到引力波，人類有規律觀測引力波的時代到來！
為什麼發現引力波是真正的「年度科學突破」？
愛因斯坦是對的！科學家第三次探測到引力波
LIGO數據中浮現莫名噪音，震驚世人的引力波有可能只是烏龍？
引力波其實一直在我們身邊。
我們看見屏幕上的字和圖是因為屏幕發出的光到達了我們的眼睛，眼睛看到的光是一種電磁波。電磁波是跟電荷（比如電子、質子等帶電粒子）對應的，當一個帶電粒子改變運動狀態的時候，就會發出電磁波。類似地，引力波是跟質量對應的，當一個有質量的物體改變運動狀態的時候，就會發出引力波。
當你舉起手機或者從椅子上站起來，這些動作都伴隨著引力波，只不過因為引力波的大小與質量大小有關，即使是我們人類當中質量比較大的人所發出的引力波，目前的探測儀器也無法測量出來。就好比地震儀是很精密的儀器，可以測量出在其他國家進行的核試驗，但是你在中國打個噴嚏，位於美國的地震儀不能定位出來，因為核彈爆炸的威力比打噴嚏可是大的多得多了。
同樣的，科學家們並沒有因為引力波很弱、很難測量就放棄，而是想辦法找大質量大威力的東西去測，比如黑洞。
當兩個黑洞互相繞著轉圈的時候，它們的運動狀態會一直改變，甚至會合二為一。黑洞的質量比太陽還大很多，所以當兩個黑洞共舞並最終合二為一，會產生我們能測量到的引力波。
為了測量引力波，科學家們付出了數十年的努力，修建了幾公里大小的儀器，其中之一叫做LIGO（Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory，激光干涉引力波天文台）。
上圖：位於美國路易斯安那州利文斯頓的LIGO觀測台。下圖：位於美國華盛頓州漢福德的LIGO觀測台。
LIGO通過兩束激光（電磁波）互相干涉的方法測量黑洞合併產生時空漣漪（引力波），是人類認識宇宙的新媒介。
上圖：兩個黑洞互相繞轉產生引力波的示意圖，下圖：LIGO漢福德觀測台探測到的由29個太陽質量和36個太陽質量的兩個黑洞合併產生的引力波事件，在不到一秒的時間內發射的能量相當於3個太陽質量的物質。目前只有如此威力巨大的事件才能被我們的儀器所探測到。
有人問引力波的發現和愛因斯坦的關係。如果把科學想像成一種語言，天文學家和物理學家在大學和研究生時對科學這種語言進行了系統的學習，愛因斯坦的相對論是其中一門關鍵課程。如果一個熟讀莎士比亞/李白的人獲得了諾貝爾文學獎，那麼是不是說明了莎士比亞/李白的卓越，說明英語/漢語是一種偉大的語言呢？現在，引力波的發現獲得了諾貝爾物理學獎，難道不是愛因斯坦廣義相對論的又一次勝利么？
關於引力波對人類的意義，請參考「引力波是什麼東西？對人類有什麼影響？」中喬小海的回答
https://www.wukong.com/question/6375951276231885058/
宇宙浩瀚無垠，個人水平有限，圖片來自網路。如有疏漏，請多指教。
宇宙可以看成這樣一種存在，時間和空間是基底，物質編織在基底上；或者說時間空間是舞台，而物質是演員，在舞台上演繹我們日常所見的精彩事件。物質通過電磁波和引力波不斷輻射能量，只是引力波與物質彼此之間的相互作用非常微弱，所以雖然愛因斯坦早就預言了引力波的存在，但它不像電磁波這樣容易為我們所感知，所以科學家們一直不能確認它的存在。
那麼引力波究竟是什麼呢？電磁波是物質之間相互交換能量和動量的現象，而引力波是物質和時空之間交換能量的現象，因此電磁波是物質引發物質的形變，引力波是物質引發時空的形變，是物質對它存在的時空本身的作用，是宇宙後台在物質作用下的形變！只是我們平時所見的物質質量太小，難以引發可觀測到的時空扭曲現象，就像演員在舞台上表演，我們能夠看到的是演員的揮手投足——電磁波，看不到的是演員引發的舞台形變——引力波（比喻，非真的引力波）。即使是科學家們首次探測到的14億光年外，兩個質量分別為29和36倍太陽質量的黑洞合併，損失了3個太陽質量形成62倍太陽質量的新黑洞，其攪動時空所引發的引力波，也僅把地球上長達4公里的LIGO懸臂扭曲了不到一個質子直徑萬分之一的長度。由此可見，要發現引力波是何等的困難！
那為什麼發現了引力波就可以獲得諾貝爾獎呢？物理學的第一次革命是牛頓發現萬有引力，奠定了經典物理學的基礎，愛因斯坦的廣義相對論則重新定義了我們的時空觀，幾乎將宏觀世界的所有秘密都呈現在我們眼前；第二次革命是電子的發現，奠定了量子力學的基礎，科學家們在微觀尺度的不斷探索，創生了現代化學、生物學等幾乎所有現代科學學科，以及我們現代生活所需的所有物質成果。
廣義相對論描述引力，量子力學描述其它三種力但不包括引力，當科學家們試圖將二者結合起來充滿信心地揭示宇宙的終極奧秘時，卻沮喪地發現它們根本無法相容，在時空的最小尺度上引發了驚濤駭浪，「廣義相對論的方程無法平息量子泡沫的喧囂」（布賴恩·格林）。引力波的發現，讓我們第一次掌握了直接探測時空變形的工具，黑洞、暗物質、暗能量，這些無法用電磁波「看見」的東西，很可能會呈現在引力波的精彩世界裡，和探測物質形態的工具電磁波結合起來，一個包含了所有宇宙時空和物質的量子引力世界正在向我們走來，愛因斯坦窮其一生追逐的萬有理論很可能會在不久的將來成為現實。
所以，引力波的發現獲得諾貝爾獎，不僅眾望所歸，或許也是諾貝爾獎歷史上分量最重的一次之一。
引力波在天體物理學中是指時空因為某個事件所產生的漣漪，以波的形式從源向外傳播，這就是引力波。引力波的產生是有質量轉化的，比如消耗多少個太陽質量可形成多強的引力波。為什麼發現引力波就能獲得諾貝爾獎，這是因為引力波在1916年就已經被預言出來，只不過過去沒有人能夠直接找到其證據，同時引力波也只符合愛因斯坦的時空理論，與經典的牛頓力學是不兼容的，因此如果發現引力波，就意味著牛頓力學的適用範圍沒有相對論更大，也間接證明愛因斯坦的偉大之處。
一個百年前的預言，直到今天才發現，更能體現其發現意義。2015年第一次發現引力波之後，使用更多的探測器來探測同一引力波源對愛因斯坦的廣義相對論進行更詳細的檢驗就成了一種趨勢。LIGO實驗室、加州理工學院等都是引力波研究的前沿機構，還有義大利的處女座探測器等。LIGO實驗室和處女座探測器合作探測是我們向引力波的宇宙邁進一步，處女座探測器強大的探測能力能夠更好地定位引力波源，這無疑將導致未來令人興奮和意想不到的結果。
引力波的研究證明了世界科學團隊和干涉科學的日益增長的能力。幾十年來，引力波的存在僅僅是一種理論；到了世紀之交，所有試圖探測引力波的嘗試都一無所獲，因此這次引力波發現獲得諾貝爾獎也是板上釘釘的事，如此偉大的里程碑事件，被選上諾貝爾獎也是必然的事。
2017年諾貝爾物理學獎授予了雷納-韋斯(Rainer Weiss)，巴里-巴里什(Barry Clark Barish)和基普-索恩(Kip S Thome)，以表彰他們對LIGO探測裝置的決定性貢獻以及探測到引力波的存在。
大部分中國人最早聽到「引力波」這個詞應該是在去年春節期間（2016年2月11日）。LIGO（美國引力波觀測站）當天宣布人類首次探測到引力波。很多人雖然對引力波這個概念沒有感覺，但對「首次」卻很敏感。於是大家迅速被科普了這句話：「引力波的發現證明了愛因斯坦的廣義相對論是正確的」，至於為什麼這麼說，似乎沒有多少人關心。
那麼什麼是引力波？它和廣義相對論有什麼關係？1915年，愛因斯坦創立了廣義相對論，次年他老人家首次預言了引力輻射（引力波）的存在：當有質量的物體在空間的分布發生一些特定的變化時，這種變化會引起時空的波動，並向外輻射能量，這就是引力波。因此引力波也叫時空的漣漪。
更加通俗的說法是：任何兩個物體之間都存在引力。引力的大小與物體的質量成正比，與距離平方成反比。如何理解兩個天體之間的引力？愛因斯坦的廣義相對論把引力歸咎為時空的彎曲。何謂時空彎曲？我們可以把時空形象地簡化為一張蹦床。沒有任何擾動時，蹦床（時空）是平坦的。如果上去一個人，蹦床（時空）就會發生彎曲。上去的人越胖，蹦床（時空）彎曲得越厲害。可是對於蹦床上的微小生物（類比於宇宙中的人類）來說，由於它們隨著蹦床一起彎曲，而且這種彎曲實在是太微小了，所以他們（我們）根本無法感知這種彎曲。如果蹦床上的人跳起來，蹦床（時空）就會開始震動，這種震動就是引力波。如果還不明白的話，不妨想想把一個石頭丟進水中時，水面的漣漪。
2015年9月14日LIGO首次觀測到的引力波來自於13億年前兩個黑洞的合併。兩個分別為36和29個太陽質量的黑洞，併合成為62個太陽質量黑洞，雙黑洞併合最後時刻所輻射的引力波的峰值強度比整個可觀測宇宙的電磁輻射強度還要高十倍以上。不過這一事件的發生地離地球實在是太遙遠了，在LIGO長度為4公里的探測器上，引力波引起了0.000000000000000001米的變化。這種變化非常非常的小，相當於氫原子核的千分之一。這也是為什麼LIGO運行了那麼多年直到它2015年升級改造，測量精度大幅提高後終於認出了引力波。
引力波在時空中大量存在，對於人類幾乎沒有任何影響。引力波的研究目前也還沒有任何實際的用途，但是它為人類進一步了解宇宙打開了一扇新的窗戶。正如基普-索恩所說：「通過這項發現，我們人類開啟了一場波瀾壯闊的新旅程：一場對於探索宇宙那彎曲的一面（從彎曲時空而產生的事物和現象）的旅程。黑洞的碰撞和引力波的觀測正是這個旅程中第一個完美的範例。」
於此同時，我們不要忘了1887年，赫茲發現電磁波後，在他發表文章的結語處寫道「我不認為我發現的無線電磁波會有任何實際用途」。當年被赫茲認為不會有任何實際用途的電磁波如今徹底改變了我們的生活。
引力波的發現之所以這麼快就獲得了諾貝爾物理學獎是因為：「人類一直在尋找另一種光，一旦找到，意味著人類從此有了第六感，就像有了超能力，用一雙天眼飽覽神秘宇宙中無盡的奧妙。現在，我們，找到了！」
這次的諾貝爾物理學獎有一個特殊的意義：百年的現代物理學，今天終於做了一個了斷！ 現代物理學建立的標誌當然是一百年前建立的相對論和量子力學。隨著量子力學以及基於量子力學的粒子物理標準模型的發展，相關研究在諾貝爾物理學獎歷史上獲獎層出不盡，相信以後還會有。這些諾貝爾物理學獎標誌著量子力學走向了成熟，雖然今後還會發展，但是其正確性已經毋庸置疑。 與此形成鮮明對照的是，廣義相對論建立一百年來雖然已經成為了現代物理學的主要部分，而狹義相對論更是和量子力學一起構成了現代物理的兩個支柱，但是歷史上不但愛因斯坦沒有因為相對論而獲得諾貝爾物理學獎，後來對於豐富廣義相對論而做出了很多貢獻的物理學家們也無人因此獲得過諾貝爾物理學獎，這和量子力學以及相關的物理學研究的情況相比有天淵之別，這不能不說是物理學史和諾貝獎歷史上的一個遺憾！ 對引力波的直接探測的歷史起於上世紀70年代，今天的LIGO項目的創始人之一Rainer Weiss（雷納·韋斯）那時候就開始發展激光干涉探測引力波的技術，隨後和加州理工學院的Kip Thorne（基普·索恩）以及當時英國Glasgow大學後來加入了加州理工學院的Ronald Drever（羅納德·德雷弗，今年3月份不幸因病去世）合作一起發起了LIGO實驗）該實驗是美國科學基金會有史以來投資最大的科學項目），歷經30多年，終於獲得了第一個正科學結果，也就是探測到了引力波！不但這個團隊幾十年來初心不變，而且資助機構也不離不棄，這絕對是科學史上的奇蹟！ 因此，2017年的諾貝爾物理學獎授予了LIGO實驗直接探測到並且發現了引力波，不但是眾望所歸，而是也對百年現代物理學做了一個了斷！從今往後，擴展廣義相對論理論並且發展和量子力學統一的量子引力理論的研究將進入一個新的時代！ 雖然這次的諾貝爾物理學獎對百年現代物理的發展做了一個了斷，但是這對於引力波探測以及相關領域的研究卻僅僅是一個開始！探測到引力波之前，人類對於宇宙的了解只是「看」，但是不能「聽」！探測到了引力波，人類從此面對宇宙就不再是聾子了！ 引力波將成為科學家進一步探索宇宙和發展科學理論的有力工具。利用進一步的更加高精度的觀測，科學家有望回答黑洞到底是什麼這個連愛因斯坦都非常困惑的」奇點「，能夠提供檢驗有些量子引力理論所需要的觀測數據，能夠幫助我們了解中子星的內部主要是由中子還是夸克組成的。 除了繼續利用LIGO這樣的儀器探測引力波之外，空間激光干涉引力波天文台（比如歐洲的LISA項目、中國的太極和天琴計劃）將會「聽到」完全不同類型的黑洞撞擊併合所發出的引力波，這對於我們理解整個宇宙的結構形成和演化都會非常重要。而探測宇宙大爆炸前期的暴脹過程所產生的宇宙原初引力波（比如利用中國的「阿里」原初引力波探測計劃），將對於我們理解宇宙的起源起著不可替代的的作用。 此外，未來引力波天文學的一個極為重要的方向就是所謂的「多信使」天文學，也就是不但要「聽到」天體發出的美妙的引力波，我們也要「看到」這些天體的倩影！在這個方面，中國在太空和地面的天文望遠鏡都將能夠發揮重要的作用，比如我本人擔任首席科學家的慧眼HXMT天文衛星正在太空翱翔，時刻準備著「目睹」引力波發出的時候天體所發出的X射線和伽馬射線！
悟空問答的網友大家好。美國麻省理工大學教授雷納-韋斯（Rainer Weiss），加州理工學院教授巴里-巴里什（Barry C. Barish）和基普-索恩（Kip S. Thorne）三位科學家因為發起並領導Ligo（激光干涉引力波天文台）項目，並在將理論及實驗物理學應用於宇宙研究領域做出的貢獻而受到表彰。
諾貝爾大會對於引力波的發現這樣評價：「2015年9月14日，人類歷史上第一次探測到引力波。愛因斯坦在100年前預測了引力波，是由兩個黑洞在合併時產生的。引力波抵達美國Ligo天文台需要經歷13億光年。」
在宇宙誕生之初，還沒有光的時候，就已經有引力波了，所以發現引力波，就可以研究宇宙最初期的物質形態。
愛因斯坦在廣義相對論中這樣描述引力波：「引力波以光速迅速擴散，充滿整個宇宙。」他解釋道，引力波產生於巨大的加速中，比如冰上運動員做單腳旋轉，或者兩個黑洞交替旋轉時。不過愛因斯坦認為，引力波是永遠無法測量的。而藉助於Ligo巨大的激光探測儀，它們能在引力波經過地球的時候，測出比原子核千分之一還小的微量變化。
Ligo作為引力波目前最為靈敏的觀測項目，由全世界20多個國家超過1000名科研工作者共同完成，並且實現了人類半個世紀的目標——探測引力波。而此次獲獎的三位科學家在領導引力波項目的實現過程中，功不可沒。
不過可惜的是，引力波探測的先驅、Ligo創始人之一的加州理工學院教授羅納德-德雷福（Ronald W.P. Drever）今年3月在愛丁堡辭世，享年85歲，未能等到這一科學界的最高獎項。德雷福設計並實現的Ligo干涉儀對於探測引力波所需的極度靈敏條件至關重要。
然而，發現引力波只是引力波天文學的開端，它為觀察宇宙打開了一扇新的窗。更重要的是之後的物理學。目前發現的都是雙黑洞合併的信號，還有比如雙中子星、銀河系內中子星的信號和其它未知的信號，以後的新發現都會為理解宇宙提供新的方法和證據。
這意味著，當引力波抵達地球的時候，是非常非常微弱的，但是對人類天體物理學的變革產生積極意義。引力波為人類觀察宇宙中最為激烈的天文活動提供了全新的方式，並且考驗著人類的認知極限。
正如Weiss教授在接到諾貝爾大會電話時所強調的：「引力波並不是三個人的研究成果，而是一個千人團隊才能完成的項目。我們為此努力了整整四十年！」
Weiss教授和已經辭世的Drever教授是Ligo團隊中的關鍵核心人物，他們是Ligo的發起者。1964年，Weiss加入麻省理工學院物理系時，Ligo只是他設計的廣義相對論課程的一項課堂練習。1975年，Weiss教授認識了加州理工大學的物理學家Thorne教授。
Thorne教授是著名的理論學家，研究重點是引力物理和天體物理學，側重於相對論恆星、黑洞和引力波。30年來他一直在推崇Ligo項目，與Weiss教授和Drever教授密切合作，為探測引力波提出新的技術和思路。他還是好萊塢影片《星際穿越》的執行製片人和科學顧問。
Barish教授對於粒子物理學的大型項目有著豐富的經驗，他曾經擔任Ligo項目的首席科學家，具體協調了Ligo項目的發展以及設備的建造和實施，使得Ligo成為了一個「大科學」項目。
目前，科學家通常用宇宙射線或者中微子等電磁輻射和粒子來探索宇宙，引力波作為探測時空本身的直接手段，為人們打開了觀測看不見的世界的新方法。利用這種方法，科學家能夠捕捉到引力波並將其翻譯成有效信息，帶給人類更多驚喜的發現。
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雖然作者與物理學獎也就差那麼幾個光年，但是對於諾貝爾獎的關注熱度不低於啥時候老闆給漲工資。在今年頒獎晚會之前已經早有預測，諾貝爾獎也有規律的，不信？
物理學獎頒發後普通群眾都有相同的感受——懵圈，感覺自己的生活差了幾個光年，的確這樣，因為諾貝爾物理學青睞於新的領域，在一個新的領域做出突出貢獻是獲得諾貝爾物理學獎的前提條件。
物理學有好多分支，按照美國物理學分類大概分為七類，天文學、天體物理和宇宙學，核物理和粒子物理，凝聚態物理，應用物理，生物物理學，計算物理，原子、分子和光物理。
一個比較有趣的統計規律就是，大致從1980年起，物理學諾獎，在以上七個分支中的五個流轉，即在天文學、天體物理和宇宙學，凝聚態物理，應用物理，核物理和粒子物理，原子、分子和光物理。如果再按照近10年諾貝爾物理學獎得主來看，有人統計，奇數年粒子物理或天體物理獲獎概率大；雙數年凝聚態物理獲獎概率大。所以答主沒有怎麼思考就鎖定了2017年的諾貝爾物理學獎領域：粒子物理和天文學、天體物理。2016年2月11日首次直接探測到的引力波恰好屬於天體物理分支。
去年2月11日LIGO合作組宣布首次直接探測到來自遙遠宇宙中的引力波，引力波第一次走上「紅毯」，曝光在鏡頭之下，其實早在100年前愛因斯坦廣義相對論就預言引力波的存在。
這也很好理解，就像我們常看到的相撲比賽，兩個胖子打架卷到一起之前總要那麼繞上幾圈的，轉的時候，殺傷力就已經輻射出來了，咣，撞到一起啦，旁邊的瘦子裁判被震倒了！
引力波的作用引力波具有宇宙優秀男人的品質——專一，恩，就是「萬花叢中過片葉不沾身」，引力波在宇宙中傳播時幾乎是不衰減的，它的目標是遠方，它能夠穿透那些電磁波不能穿透的地方。這就有很大的用處了，它能夠提供一種觀測極早期宇宙的方式，能作為一雙犀利的眼睛洞察宇宙的起源，而這在傳統的天文學中是不可能做到的，目前觀察的幾十億光年遠現象傳輸到地球需要幾十億年，也就是目前通過研究幾十億年前的宇宙現象，那麼準確度自然不是很高。引力波將成為科學家們觀察研究宇宙的一架新的眼鏡。雖然預言了100年但是從沒有找到直接證據證明存在，直到去年才被LIGO合作組證實。所以直接探測到引力波可以獲得諾貝爾物理學獎。
LIGO的引力波探測毫無懸念地摘得了今年的諾貝爾物理學獎。那這個所謂的引力波到底是個什麼東西呢。 我來試著用完全針對非物理專業的語言解釋一下。
首先，如果想通俗的理解引力波，我們需要先回溯一下引力的概念。 在現代物理學的歷史中，人們對引力的理解總共有兩次巨大的突破。一次是牛頓的萬有引力學說，它認識到一切有質量的物體都可以對周圍的事物產生吸引作用。這個吸引作用隨著距離的平方逐漸衰減。天上的天體由於受到附近大質量天體的吸引而做著圓錐曲線運動。這個簡單的模型將天體的運動規律收納到了牛頓力學的框架中，在那個宗教盛行的年代把天與地的規律統一在一起。
但隨著近代測量科學精度的提高。人們開始注意到牛頓引力並不能對觀察結果做到百分百準確的預言（比如對水星軌道的進動）。在上個世紀初，阿爾伯特愛因斯坦帶來了引力理論的第二次巨大突破。這個新的理論叫做廣義相對論。在這個框架之下，質量（和能量）會直接扭曲掉周圍的時空。天體在被扭曲的時空中其實做的是最接近直線的運動。但這樣的直線運動在我們的直觀感受中卻會感覺好像是做曲線運動一樣。（如果不好理解，請想像一條從北京飛到紐約的飛機航線，這條航線走的是球面上的一條「直線」，但如果我們把這條航線畫在平面世界地圖上的話，它確是曲線。）
這個廣義相對論雖然可能離我們的直觀更遠一些。但它所能預言的實驗精度卻遠超牛頓引力。而且它的數學更和諧，同時與物理學的另一個重要理論--經典電磁學理論自洽。（牛頓體系卻會與經典電磁學產生一些內在矛盾。）所以到現在廣義相對論已經是物理學家公認的目前為止解釋引力的最標準理論。
自然的，如果大質量天體可以扭曲時空。那麼運動的大質量天體是不是可以動態的扭曲時空。從而使得時空就好像水面一樣被不停攪動呢？
理論上是可以的。這樣的攪動我們就稱為叫做引力波。它是由於大質量天體的運動導致的時空曲率的漲落。
實驗上呢？以前一直是不行的。因為引力實在是太弱了。比電磁力弱了10的36次方倍！
但LIGO做到了，他們利用了長達數公里的激光干涉儀，測量兩個中子星互相盤旋互相吞噬成黑洞這樣的極度劇烈的天體運動，終於第一次得到了比較受公認的引力波觀測結果。所以這個諾獎真是幾乎毫無爭議的。
發現（驗證）引力波的意義，絕不止在於印證了百年前的理論這麼簡單，更重要的是，它所使用的技術，可以作為一個新的觀測手段，用來觀測一些以前難以觀測對象，例如黑洞、暗物質等等。而且也有消息稱，確實有機構準備構建更大引力波探測器，用以更加精確地觀測引力波。
首先形象地來解釋一下什麼是引力波。我們知道，具有質量的物體本身會使得時空彎曲，質量越大，引起的彎曲就越大。這個彎曲絕不是局部的，而是會形成一個場，彌散開來。這樣，物質在運動的時候，這個場也會跟著運動。然而，場本身是攜帶信息的，而根據相對論就可以知道，這個場信息的傳遞，其速度必然是小於光速的。由於這個限制，就引發了「時空中的漣漪」——引力波。之前LIGO觀測過多次黑洞合併事件，就是這個原理。兩個黑洞在合併之前，會互相高速旋轉，就像兩個筷子在水中高速旋轉一樣，激起了時空的漣漪，這個漣漪，就被引力波探測器所收到了。
近期的一次觀測，是雙中子星的合併。這次觀測實際動用了三個觀測站，從而可以使用接收時的時間差來計算引力波到來的方位。知道了方位、強度，其實恰恰就相當於多了一種望遠鏡一樣。即我們除了可以觀測宇宙中的電磁波信息，還可以進一步使用引力波來仰望星空。這一個新的維度，必然是開創性的工具。後面，一定還會有更多驚人的新聞在等著我們。
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