引力波發現簡史
1916年 理論預言:愛因斯坦在完成廣義相對論後,通過對引力場方程進行線性化近似,首次在數學上預言了引力波的存在,其形式類似於電磁波。然而,他早期的推導在能量定域性和坐標依賴等問題上存在疑慮,使其物理實在性一度受到質疑。
1918年 初步完善:愛因斯坦發表了關於引力輻射的修正論文,首次正確推導出引力波攜帶能量,並指出其源於質量分布四極矩的時間變化,且只有兩個獨立的橫波極化模式。這奠定了引力波理論的基石。
1930-1950年代 爭議與澄清:這一時期,包括愛因斯坦本人在內的許多物理學家對引力波的物理實在性存在深刻懷疑。1936年,愛因斯坦與羅森合作研究引力波的嚴格解時,一度因坐標問題而錯誤地認為引力波可能只是坐標系的假象(即“愛因斯坦-羅森悖論”)。這一誤解在隨後的幾十年裡,通過邦迪(Bondi)、皮拉尼(Pirani)、羅賓遜(Robinson) 等人的工作被徹底澄清。他們從能量傳遞和測地偏離(潮汐效應)的角度,無可辯駁地證明了引力波是真實的物理實體。
1970年代 理論成熟:隨着線性微擾理論、橫截無跡(TT)規範、四極矩公式的標準化,引力波的理論計算和物理圖像變得完全清晰,為未來的探測奠定了堅實的理論框架。
2015年 最終證實:激光干涉引力波天文台(LIGO)首次直接探測到來自雙黑洞併合的引力波信號(GW150914)。這一發現不僅完美驗證了愛因斯坦的百年預言,其波形也與廣義相對論的數值模擬高度吻合,標誌着引力波天文學時代的開啟。