爱因斯坦是如何预测引力波的？
网友提问
引力波是依据爱因斯坦一百年前的预测设计的引力波探测器发现的，爱因斯坦如何预测了引力波？与事实是相符还是不符呢？
首先我们自己可以做一个简单的实验来理解引力的本质就是时空弯曲的结果。一个弹性很好的蹦床本来是完全平的，在上面放了一个重球，这个面就不再是平面了，中间凹下去了。然后再放一个球，这个球就往原来那个重球那边落过去。并不是这两个球相爱了，而是空间弯曲了，后面那个球必须沿着弯曲的面走，所以这两个球只有撞在一起的命运。如果我们给这个球一个合适的切线方向的初始速度，这个球就会绕着中心的重球绕圈，类似地球绕着太阳运动，这也是由于空间弯曲的结果。所以，所谓的“引力”就是空间弯曲的直接结果，这两个球撞到一起或者绕着转圈并不是真的由于这两个球之间有一个绳子或者一个吸引力。
如果这两个球都很重，让两个球相互绕转，由于每一个球都使得它周围的空间弯曲了，这样当它们两个球相互绕转的时候，就会使得弯曲的时空向外传递，向外传递的这个东西就是引力波。所以我们知道，引力波也是时空弯曲的直接结果，在平直时空里面是不可能有引力波的，只要有弯曲的空间就必然会产生引力波。爱因斯坦意识到这个图像之后，就把他利用黎曼几何写出来的引力场方程进行了简化，也就是做了弱引力情况下的线性化，得到了引力波方程，数学形式上类似麦克斯韦电磁场理论的电磁波方程，而且引力波传递的速度就是光速，爱因斯坦就于1916年预言了引力波的存在。
那么就可以探测引力波了吗？没那么容易，因为还需要计算引力波能不能探测到。由于引力波就是时空的涟漪，当引力波到达我们所在的地方的时候，这个地方的空间就产生了扭动，任何物体为了在扭动的空间里保持静止，只好相对于远处的观测者扭起来了，扭动的幅度和频率就是引力波的振幅和频率，如果想办法测量物体的扭动，那就测量到了引力波。
爱因斯坦很快发现，引力波的振幅小得难以想象，即使对于他能够想象到的宇宙中最强的引力波，传到地球的时候，引力波的振幅也顶多是10的负20几次方。引力波的振幅的定义是，空间扭曲的尺度除以空间本身的尺度。比如，振幅为10的负23次方的意思是，即使使用地球这么大的探测器，探测器扭曲也只有1亿分之一纳米，也就是一个原子核大小的百分之一！探测这么微弱的扭动怎么可能做到！爱因斯坦无论如何也想象不了。
当然，今天我们知道，几倍到几十倍太阳质量的黑洞撞击在一起产生的引力波，可以比爱因斯坦当时计算的强上百倍甚至更多，而星系中心的质量在百万到百亿倍太阳质量的超大质量黑洞撞在一起，产生的引力波就更强了。但是爱因斯坦本人根本不相信宇宙中有黑洞，自然就不会想到会有黑洞撞在一起产生的引力波。因此，爱因斯坦认根本就不认为人类有一天会探测到引力波！
张双南问答
强大的宇宙真空环境，为什么地球上的空气没有被宇宙真空吸收掉？
一个恒星接近光速向地球运动，另一个接近光速离开地球，二者传到地球的光速是一样吗？
他是最受媒体欢迎的科学家，也是会写诗的天文学家，尽管工作任务极为繁重，仍坚持以极大的热情投身科学传播，他就是张双南研究员。
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张双南
— 研究员 —
张双南，中国科学院高能物理研究所研究员，中国科学院粒子天体物理重点实验室主任。研究领域为黑洞、中子星、宇宙学和空间天文。天宫二号“天极”伽玛射线暴偏振测量项目、“硬X射线调制望远镜”卫星项目以及若干大型国际合作空间天文项目首席科学家。
入选国家杰青、长江教授、“千人计划”。获“赵九章优秀中青年科学奖”、意大利Ferrara大学“哥白尼科学家奖”。
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