引力波发现简史

引力波发现简史

1916年 理论预言：爱因斯坦在完成广义相对论后，通过对引力场方程进行线性化近似，首次在数学上预言了引力波的存在，其形式类似于电磁波。然而，他早期的推导在能量定域性和坐标依赖等问题上存在疑虑，使其物理实在性一度受到质疑。

1918年 初步完善：爱因斯坦发表了关于引力辐射的修正论文，首次正确推导出引力波携带能量，并指出其源于质量分布四极矩的时间变化，且只有两个独立的横波极化模式。这奠定了引力波理论的基石。

1930-1950年代 争议与澄清：这一时期，包括爱因斯坦本人在内的许多物理学家对引力波的物理实在性存在深刻怀疑。1936年，爱因斯坦与罗森合作研究引力波的严格解时，一度因坐标问题而错误地认为引力波可能只是坐标系的假象（即“爱因斯坦-罗森悖论”）。这一误解在随后的几十年里，通过邦迪（Bondi）、皮拉尼（Pirani）、罗宾逊（Robinson） 等人的工作被彻底澄清。他们从能量传递和测地偏离（潮汐效应）的角度，无可辩驳地证明了引力波是真实的物理实体。

1970年代 理论成熟：随着线性微扰理论、横截无迹（TT）规范、四极矩公式的标准化，引力波的理论计算和物理图像变得完全清晰，为未来的探测奠定了坚实的理论框架。

2015年 最终证实：激光干涉引力波天文台（LIGO）首次直接探测到来自双黑洞并合的引力波信号（GW150914）。这一发现不仅完美验证了爱因斯坦的百年预言，其波形也与广义相对论的数值模拟高度吻合，标志着引力波天文学时代的开启。