引力波的強(qiáng)度由無(wú)量綱量h表示,。其物理意義是引力波引起的時(shí)空畸變與平直時(shí)空度規(guī)之比,。h又被稱為應(yīng)變,，它的定義可以用下圖說(shuō)明,。

引力波豎直穿過(guò)由靜止粒子組成的圓所在平面時(shí)，圓形狀發(fā)生的變化。（圖片來(lái)自德國(guó)愛(ài)因斯坦研究所,。）

由上圖可見(jiàn)，在引力波穿過(guò)圓所在平面的時(shí)候,，該圓會(huì)因?yàn)闀r(shí)空彎曲而發(fā)生畸變,。圓內(nèi)空間將隨引力波的頻率會(huì)在一個(gè)方向上被拉伸，在與其垂直的方向相應(yīng)地被壓縮,。為了便于解釋引力波的物理效應(yīng)，圖中所顯示的應(yīng)變h大約是0.5,，這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于引力波的實(shí)際強(qiáng)度,。哪怕是很強(qiáng)的天體物理引力波源所釋放的引力波強(qiáng)度，到達(dá)地球時(shí)也只有10-21,。這個(gè)強(qiáng)度的引力波在整個(gè)地球這么大的尺度上產(chǎn)生的空間畸變不超過(guò)10-14米,，剛好比質(zhì)子大10倍。

2,、引力波是怎么被發(fā)現(xiàn)的,？

在過(guò)去的六十年里，有許多物理學(xué)家和天文學(xué)家為證明引力波的存在做出了無(wú)數(shù)努力,。其中最著名的要數(shù)引力波存在的間接實(shí)驗(yàn)證據(jù)——脈沖雙星PSR1913+16,。1974年，美國(guó)物理學(xué)家家泰勒（JosephTaylor）和赫爾斯（RussellHulse）利用射電望遠(yuǎn)鏡,，發(fā)現(xiàn)了由兩顆質(zhì)量大致與太陽(yáng)相當(dāng)?shù)闹凶有墙M成的相互旋繞的雙星系統(tǒng),。由于兩顆中子星的其中一顆是脈沖星，利用它的精確的周期性射電脈沖信號(hào),，我們可以無(wú)比精準(zhǔn)地知道兩顆致密星體在繞其質(zhì)心公轉(zhuǎn)時(shí)他們軌道的半長(zhǎng)軸以及周期,。根據(jù)廣義相對(duì)論，當(dāng)兩個(gè)致密星體近距離彼此繞旋時(shí),，該體系會(huì)產(chǎn)生引力輻射,。輻射出的引力波帶走能量，所以系統(tǒng)總能量會(huì)越來(lái)越少,，軌道半徑和周期也會(huì)變短,。

泰勒和他的同行在之后的30年時(shí)間里面對(duì)PSR1913+16做了持續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果精確地按廣義相對(duì)論所預(yù)測(cè)的那樣：周期變化率為每年減少76.5微秒,，半長(zhǎng)軸每年縮短3.5米,。廣義相對(duì)論甚至還可以預(yù)言這個(gè)雙星系統(tǒng)將在3億年后合并。這是人類第一次得到引力波存在的間接證據(jù),，是對(duì)廣義相對(duì)論引力理論的一項(xiàng)重要驗(yàn)證,。泰勒和赫爾斯因此榮獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

PSR1913+16轉(zhuǎn)動(dòng)周期累積移動(dòng)觀測(cè)值與廣義相對(duì)論預(yù)言值的比較,。圖中藍(lán)色曲線為廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)值,，紅點(diǎn)為觀測(cè)值。兩者誤差小于0.2%,，此發(fā)現(xiàn)給引力波科學(xué)注入了一針強(qiáng)心劑,。

在實(shí)驗(yàn)方面，第一個(gè)對(duì)直接探測(cè)引力波作偉大嘗試的人是韋伯（JosephWeber）,。早在上個(gè)世紀(jì)50年代,，他第一個(gè)充滿遠(yuǎn)見(jiàn)地認(rèn)識(shí)到，探測(cè)引力波并不是沒(méi)有可能,。從1957年到1959年,，韋伯全身心投入在引力波探測(cè)方案的設(shè)計(jì)中。最終,，韋伯選擇了一根長(zhǎng)2米,，直徑0.5米，重約1噸的圓柱形鋁棒,，其側(cè)面指向引力波到來(lái)的方向,。該類型探測(cè)器，被業(yè)內(nèi)稱為共振棒探測(cè)器（如下圖）：

韋伯和他設(shè)計(jì)的共振棒探測(cè)器,。引力波驅(qū)動(dòng)鋁棒兩端振動(dòng)，從而擠壓表面的晶片,，產(chǎn)生可測(cè)的電壓,。圖片來(lái)自：馬里蘭大學(xué)。

當(dāng)引力波到來(lái)時(shí),，會(huì)交錯(cuò)擠壓和拉伸鋁棒兩端,，當(dāng)引力波頻率和鋁棒設(shè)計(jì)頻率一致時(shí)，鋁棒會(huì)發(fā)生共振,。貼在鋁棒表面的晶片會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào),。共振棒探測(cè)器有很明顯的局限性，比如它的共振頻率是確定的,，雖然我們可以通過(guò)改變共振棒的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整共振頻率,。但是對(duì)于同一個(gè)探測(cè)器，只能探測(cè)其對(duì)應(yīng)頻率的引力波信號(hào),，如果引力波信號(hào)的頻率不一致,，那該探測(cè)器就無(wú)能為力。此外,，共振棒探測(cè)器還有一個(gè)嚴(yán)重的局限性：引力波會(huì)產(chǎn)生時(shí)空畸變,，探測(cè)器做的越長(zhǎng),，引力波在該長(zhǎng)度上的作用產(chǎn)生的變化量越大。韋伯的共振幫探測(cè)器只有2米,，強(qiáng)度為10-21的引力波在這個(gè)長(zhǎng)度上的應(yīng)變量(2×10-21米)實(shí)在太小,，對(duì)上世紀(jì)五六十年代的物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，探測(cè)如此之小的長(zhǎng)度變化是幾乎不可能的,。雖然共振棒探測(cè)器沒(méi)能最后找到引力波,，但是韋伯開(kāi)創(chuàng)了引力波實(shí)驗(yàn)科學(xué)的先河，在他之后,，很多年輕且富有才華的物理學(xué)家投身于引力波實(shí)驗(yàn)科學(xué)中,。

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