引力波的真面目 探索弱场引力波方程的奥秘

广义相对论的基本框架

广义相对论表明，物质的存在会引起时空弯曲。在弯曲时空中的粒子运动不受引力作用，而是沿着最短路径移动。时空的弯曲可以用度规张量描述。

度规的一阶导数为克里斯托费尔符号，它描述了基矢随坐标的变化。克里斯托费尔符号的二阶导数可以定义黎曼曲率，它决定了时空是否弯曲。

黎曼曲率由度规的二阶导数组成。如果黎曼曲率为 0，表明时空是平直。

1974 年，通过观测双中子星的缠绕现象，间接证实了引力波的存在。2015 年，LIGO 引力波天文台首次直接探测到了引力波。

引力波与物质的相互作用非常弱，因此具有很强的穿透能力。宇宙在引力波面前几乎是透明的。

引力波的可观测效应

引力波经过物质时会引起可观测的效应，例如:

• 光线在引力场中的偏折
• 行星轨道的进动
• 中子星双星系统的能量和速率变化
• 激光干涉引力波天文台探测到的激光干涉图案变化

引力波的天文学应用

引力波天文学是天文学的一个新领域，它利用引力波来探测宇宙中的事件，例如:

• 中子星和黑洞的合并
• 超新星爆炸
• 宇宙微波背景辐射的产生
• 宇宙的早期演化

引力波天文学为我们提供了一种新的方法来探索宇宙，并帮助我们理解引力在宇宙中所扮演的角色。