引力波是怎么形成的

引力波是爱因斯坦在广义相对论中提出的，即物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。以下就是小编给你做的整理，希望对你有用。

引力波的产生：

具有质量的物体变动时，会产生“引力波”

爱因斯坦用爱因斯坦场方程阐述了时间、空间与万有引力的关系。由方程可知，“物质和能量的分布发生变化时，时空结构也将改变”。具有质量的物体运动时，物质和能量的分布将发生变化，从而导致时空结构的变化。

爱因斯坦认为，时空结构的变化将以“波”的形式传播，这就是“引力波”。

引力波使得空间纵横交错地收缩或扩张

物体的质量和运动速度决定了引力波的大小。质量越大的物体以越快的速度运动时，形成的引力波越强。例如，两个中子星共同组成双星时的引力波就很强。

发出引力波的中子星联星

中子星是几乎完全由中子(构成原子核的粒子)构成的密度极高的天体。1立方厘米的质量高达10亿吨左右。当两个中子星围绕着共同的引力中心运转时，则组成双星。

高密度、大质量的中子星所组成的联星公转时会连续不断地引发时空弯曲，从而形成引力波，扩散到四面八方。而且，该时空弯曲会随着两个中子星的公转连续不断地产生，并形成引力波，扩散到周围的时空中。

发出引力波的中子星联星

由于无法描绘三维空间的弯曲，因此，图解仅仅描绘了水平方向的引力波。

研究表明，引力波在时空中传播时，空间将会纵向或横向扩张。如果能够测量到空间纵横交错地收缩或扩张的话，就能观测到引力波。

直接“捕获”引力波相当困难

直接“捕获”引力波是非常困难的。这是因为，引力波是自然界中最微弱、最不易察觉的波。虽然像中子星那样质量巨大的物体在做加速运动时会辐射引力波，但是，在遥远的宇宙中所形成的引力波对地球周围空间的影响却极其微弱。引力波在通过像太阳与地球那样距离遥远(1.5亿公里)的两个物体时，引起的空间变化(收缩或扩张)只相当于一个氢原子直径(1.5×10-10米)的大小。

引力波的性质：

引力波以波动形式和有限速度传播的引力场。按照广义相对论，加速运动的质量会产生引力波。

引力波的主要性质是：它是横波，在远源处为平面波;有两个独立的偏振态;携带能量;在真空中以光速传播等。引力波携带能量，应可被探测到。但引力波的强度很弱，而且，物质对引力波的吸收效率极低，直接探测引力波极为困难。曾有人宣称在实验室里探测到了引力波，但未得到公认。天文学家通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在。

例如，双星体系公转、中子星自转、超新星爆发，及理论预言的黑洞的形成、碰撞和捕获物质等过程，都能辐射较强的引力波。我们所预期在地球上可观测到的最强引力波会来自很远且古老的事件，在这事件中大量的能量发生剧烈移动(例子包括两颗中子星的对撞，或两个极重的黑洞对撞)。这样的波动会造成地球上各处相对距离的变动，但这些变动的数量级应该顶多只有10^-21。以LIGO引力波侦测器的双臂而言，这样的变化小于一颗质子直径的千分之一。

引力波的时空理论：

在欧洲引力波探测计划中，科学家在德国汉诺威的GEO600引力波观测站和意大利比萨的处女座(Virgo)引力波探测器处使用陆基引力波天线。德国汉诺威的GEO600引力波观测站的干涉仪臂长达600米，是德英联合项目;而处女座引力波探测器臂长更是达到3000米，是意大利、法国、波兰、匈牙利四个国家联合研究的项目。

根据相对论可知，高速运动的物体和宇宙中大质量的天体碰撞都会产生极强的引力波， 当这些引力波传到地球上时会变得微乎其微，因此地球需要极高灵敏度的引力波观测站来探测引力波。

科学家用激光干涉仪来探测引力波，这种仪器得机构由两条互相垂直的长臂组成，长臂的两端挂有两面高反射率的镜子，激光打入到仪器长臂后，从而激光束在镜子之间来回反射。而科学家对此进行由于光程差引起的微小变化的检测，这个微小变化仅仅有质子直径大小。

此外，对引力波的检测需要极其高的技术条件：比如隔离真空、隔离振动等。隔离振动包括外部环境致使的振动和内部设备引起的振动。

引力波监测需要多个地面站同时工作，这些地面站的探测装置都是相同的，这样可以最大程度上来减小仪器测试产生的误差;而在监测过程中，必须同时接收同样的信号，这样可以避免受到地面信号源的干扰，从而保证引力波信号源的探测的精准性。

德国马克斯普朗克引力物理研究所、德国汉诺威莱布尼兹大学的哈特穆·特格罗特博士通过监测比较认为： GEO600引力波观测站和Virgo引力波探测器在600HZ以上的中/高频波段的灵敏度十分相似。这对科学家来说是一件非常有趣的事，科学家可以通过此波段寻找超新星爆炸所产生的引力波，并在此基础上进行监测，可以节省时间和提高监测效率。

伽马射线是最强的引力波来源之一，而中子星或黑洞也都是引力波极佳的探测源。不过即使是中子星或黑洞碰撞所传到地球的引力波信号也非常微弱，因而能监测到的概率非常小。