引力波
广义相对论预言的引力场的波动形式
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引力波（英文名：Gravitational wave）是指两个巨大物质朝着彼此高速旋转时（spiral toward each other），会以光速在周围扭曲的时空中传播出一波一波的涟漪。[4][2][5]爱因斯坦（Einstein）的四极矩公式表明，加速运动的物体会产生引力波。质量分布不对称的体系做加速运动时，时空的变形以波纹的形式向外传播，这就是引力波。[3]广义相对论中预言引力波的性质包括：是以光速传播的横波并携带能量和与波源有关的信息，具有两个偏振，辐射强度极弱，穿透性强等。其他相对论中的引力波可能以不同于光速的速度传播，且具有其他偏振。[2][3]
引力波由奥利弗·海维塞德（Oliver Heaviside）于1893年提出，后来由亨利·庞加莱（Henri Poincaré）于1905年作为电磁波的引力等效物提出。1915年，爱因斯坦曾预言，加速的质量可能产生引力波，并于1916年证明广义相对论产生的引力波是时空中的涟漪。[2][3]1918年，爱因斯坦指出引力波只有两个独立自由度，并计算了辐射的能量。1957年，邦迪（Bondi）从理论上证明与坐标选取无关的平面引力波的存在。1959年，邦迪、皮拉尼和霍华德·罗伯逊（Howard Robertson）证明静止物体在引力波脉冲作用下会产生运动，之后邦迪证明了引力辐射是一个可观测的物理现象。[2][3]引力波存在的首个间接证据来自1974年观测到的霍尔斯·泰勒双脉冲星的轨道衰变，艾伦·赫尔斯（Alan Hulse）和泰勒（Taylor）因此获得1993年的诺贝尔物理学奖。[6][7]2016年2月11日，LIGO和Virgo宣布首次观测到引力波。[8][9][10][11]2017年，雷纳·韦斯 (Rainer Weiss)，巴里·巴里什（Barry Barish）和基普·索恩（Kip Thorne），因其对探测引力波所做出的贡献被授予诺贝尔物理学奖。[12][13]
引力波虽然不断地经过地球，但即使是最强的引力波影响也微乎其微，而且其来源通常相距很远。[2][3][14][15][16]可能测到的引力波源主要来自宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件，如：双致密星系统（如中子星、黑洞等）的旋进（Inspiral）或者并合、快速旋转的致密天体、超新星爆发、超大质量黑洞绕转并合以及随机的引力波背景等。[16]
随着对引力波研究的深入，科学家们进一步地了解黑洞、中子星等极端天体的性质和行为，有了探测宇宙的起源和演化的窗口，这些进展对量子引力理论、弦理论、超引力理论的研究贡献巨大。[17]由于引力波与物质之间的相互作用非常微弱，且不易被传播途中的物质所改变，因此引力波是优良的信息载体。引力波天文学是观测天文学的分支，该学科利用引力波来收集对于剧烈天文事件的引力波波源信息，如白矮星、中子星与黑洞一类的星体所组成的联星，超新星与大爆炸等。[18][3]