引言
在《张朝阳的物理课》第二百三十二期中，张朝阳博士延续上一次的课程，在得到度规的微扰所满足的波动方程后，具体求解了度规的形式，介绍了引力波的两种模式，并利用测地偏离方程介绍了引力波导致的可观测效应。
广义相对论的基本框架
广义相对论表明物质的存在导致时空弯曲。当探究粒子在弯曲时空中的运动时，可以放下其受到引力这样的观点，而直接地认为粒子需要在这弯曲的时空中走出一条最短的线。借助一个二阶张量即解出度规，有了度规之后，就能很好地描述时空的弯曲。当需要描述测试粒子在时空中的运动时，就可以求取克氏符，进而求解相应的测地线方程得到粒子的轨迹。
引力波的具体形式
在静态的例子之外，动态的情形也是非常值得探讨的。比如，爱因斯坦场方程给出的这个时空弯曲，会不会像波一样传播呢？爱因斯坦早在1916年就预言引力波的存在，这一预言最终得到了证实。广义相对论是狭义相对论的推广，狭义相对论表明物理过程有个速度上限，即光速c。自然地可以想，物质导致的时空弯曲也是需要时间传递的，而不可能是瞬时的，这表明了这种波动是很有可能存在的。
爱因斯坦场方程能否给出这个稳定的波动形式呢？爱因斯坦当年对这个问题给出了肯定的回答，这一预言虽然又经历了否定与肯定，终于在20世纪七十年代经过对双中子星缠绕现象的观察而被间接证实。双中子星缠绕旋转时能量和速率不断变化，而这一变化可以被引力波辐射很好地描述。人类首次真正地观测到引力波是在2015年9月14号，美国LIGO的两个激光干涉引力波天文台记录了相应的信号。自此之后，人们发现了越来越多的引力波事件，更精密更庞大的测量设备开始被建设，开启了引力波天文学的新时代。
引力波的特点
与电磁波相比，引力波与物质的相互作用要弱得多，因此拥有极强的穿透能力，宇宙相对于引力波来说几乎是透明的。宇宙第38万年左右被称为再复合时期，在这期间电子与原子核相互结合，形成了原子。在此之前，可见物质主要以等离子体形式的存在，而电磁波与等离子体有极强的相互作用，这个阶段的演化信息很难通过电磁波的形式留存下来。比如现在能够观察到的宇宙微波背景辐射，是38万年以后留下来的灰烬。但是要注意到，引力波可以很好地传播过再复合时期的等离子体，因此引力波天文学有可能让我们看到宇宙历史上更早期的图景。
观测引力波的存在
观测引力波的存在有两种主要方法：
- 直接检测法： 利用激光干涉仪来检测引力波引起的时空畸变。当引力波经过时，会使干涉仪的两条臂长发生细微的变化，这种变化可以通过激光干涉来检测。
- 间接检测法： 通过观察引力波对天体的影响来间接推断引力波的存在。例如，双中子星系统在释放引力波的同时也会释放能量，导致其轨道逐渐衰减。天文学家可以通过观测双中子星轨道的变化来推断引力波的存在。
结论
引力波是时空弯曲的涟漪，由宇宙中的大质量物体运动产生。它们在广义相对论中得到预言，并于2015年首次被直接探测到。引力波天文学是一个新兴的研究领域，为我们提供了探索宇宙的新途径，并有助于我们更好地理解引力本质。
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