重力波

自從2017諾貝爾物理獎頒發給對觀測重力波有重大貢獻的三位科學家

萊納‧魏斯(Rainer Weiss)、基普‧索恩(Kip S. Thorne)、巴里‧巴利許(Barry C. Barish)

各類關於重力波的捷報如雨後春筍般冒頭：觀測到兩個黑洞的合併、中子星對撞。但是，重力波究竟是什麼呢？

重力波

黑洞合併

中子星合併

在牛頓力學中，時空像一個舞台，不論台上的演員如何運動，舞台都會穩穩地固定在那裡，不會變形。但是根據愛因斯坦廣義相對論，物體的存在卻會擠壓時空，造成時空扭曲；他認為時像是一匹布，而布上面放了一顆球，而球的存在便會使布凹陷變形，因此，地球的存在也會使時空產生扭曲。

時空扭曲

在質量夠大物體運動時，就會因為時空被扭曲、恢復，而形成重力波。重力波會帶有關於物體運動的訊息；而質量大、密度高如黑洞、中子星的天體，在產生形變（融合、對撞）時，會劇烈改變時空扭曲。用一個比喻來理解這段話：可以將水面當成時空，兩顆石子當作對撞的天體，當石子在水面碰撞時產生漣漪，而這個漣漪就是所謂的重力波，它會使時空產生週期性拉伸、縮短的現象。

重力波

以圖三來看，就能發現任兩點間的距離，隨著時間產生變化，這就是重力波造成的影響。所以當重力波經過時，會讓時空伸縮，而身在時空中的各個物質，包括我們，也會隨著重力波變形。

你一定很疑惑，既然重力波存在，那為什麼我們都沒感受到呢？

那是因為，即使是最活躍的天文現象，像是黑洞與中子星的對撞與融合，傳播到地球時，震幅最多也只剩下原本的10-21了，這樣的數量級造成我們對重力波無感，因為就算是我們習以為常的地施工擾動、地震……等等，所觀測到的訊號也可能遠遠蓋過重力波經過造成的變化。

因此，要測到重力波的確是一大難題。到底該怎麼改良，才能偵測到這麼微量的變化呢？

目前，科學家使用麥克遜干涉儀來測量重力波。選用的原因是「干涉可以增加精密度」；看看你智慧型手機上的包膜，如果沒有和手機螢幕密合的話，就可能看到反光不一致的干涉條紋。由此可見，干涉可以放大原本沒那麼明顯的訊號，這個特性對重力波的觀測十分重要，於是麥克遜干涉儀就廣泛應用在各類探測重力波的儀器中。