“本书旨在介绍爱因斯坦预言的引力波，以及人类为了直接探测到它而付出的努力，同时也针对这项科学成就可能给人类带来的未来进行探讨。”作者简介：吴廷根， 1972 年生于首尔，幼年时期即对天文学感兴趣，进入物理系后学习天体物理学和广义相对论。

 

“本书旨在介绍爱因斯坦预言的引力波，以及人类为了直接探测到它而付出的努力，同时也针对这项科学成就可能给人类带来的未来进行探讨”作者简介：吴廷根， 1972 年生于首尔，幼年时期即对天文学感兴趣，进入物理系后学习天体物理学和广义相对论。

2004 年获韩国西江大学物理系广义相对论与黑洞理论博士学位，曾在韩国梨花女子大学基础科学研究所、加拿大滑铁卢大学物理天文系、韩国延世大学物理系担任研究员，现在韩国国家数理科学研究所负责引力波探测实验数据分析研究工作。

担任韩国引力波研究合作团（KGWG, Korean Gravitational-Wave Group）总干事，参与 LIGO 科学合作团（LSC, LIGO Scientific Collaboration）与KAGRA科学合作团的引力波探测国际研究团队，已在国际学术期刊发表 60 余篇黑洞及引力波探测实验领域相关论文。

书籍摘录：前言引力对我们而言，是一股无比熟悉又无比神秘的力量日常生活中，除了搭乘电梯或者宇航员体验失重等极特殊的情况外，我们时刻都能感受到引力的影响我们的生活离不开引力，就连那些所谓“极特殊”的情况，都是在引力场范围内产生的。

引力之所以神秘，是因为与其他 3 种基本力相比，它具有迥然不同的特征众所周知，自然界中存在 4 种基本力，即引力、电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用我在本书中刻意将其他 3 种力称为“相互作用”，而非“力”。

从描述力的观点看，后 3 种相互作用看起来好像两个物体在相互受力这就好比两个人保持一定距离练习投接棒球，对于在远处看着他们的人来说，好像是棒球将这两个人绑在一起，使其不分开有观点认为，以上述方式通过力将两个人绑定时，存在某种粒子作为该力的传递媒介。

物理学家以这种观点成功解释了上述 3 种相互作用电磁相互作用是通过光子这种媒介粒子传递的，弱相互作用则通过W、Z 玻色子 传递，而强相互作用通过胶子传递这 3 种相互作用中，唯一能够作用于远距离的是电磁相互作用。

作为传递该力的媒介粒子，光子不具有质量，所以力能够作用到远处相反，因为强相互作用和弱相互作用的媒介粒子具有质量，所以这两种相互作用的影响范围仅限于亚原子水平电磁相互作用在远处产生作用力的性质与引力波类似，但前者是依靠电荷产生的力。

由于电荷具有正电子（+）和负电子（-）两种极性，所以根据极性的组合而产生相吸或者相斥的力根据库仑定律，电磁相互作用的大小与两个电荷的大小的积成正比，与两个电荷间距离的平方成反比除去电荷和质量的差异，牛顿万有引力定律与上述关系的模型完全一致，即引力的大小与两个物体的质量的积成正比，与其距离的平方成反比。

但是“电磁相互作用与电荷的积成正比”的性质与引力表现出的性质间也存在差异，例如，作用于具有质量的物质之间的引力不考虑“负质量”的情况，所以引力总是表现为吸引力但即使现实中不存在负质量，我们也无法减弱人们对于负质量的关注。

该如何满足大家对“如果有负质量”的好奇心呢？此时，需要挥动想象力的翅膀因此，对负质量（或负能量）的理论研究在很早以前就成为理论物理学家的研究热门2 但由于我们对引力本质的认识仍然不足，所以依然存在“为什么引力只表现为吸引力”这个问题。

电影《星际穿越》或者更早的根据天文学家卡尔•萨根（1934—1996）小说改编的电影《超时空接触》等作品中，出现了虫洞旅行，《星际迷航》系列作品中出现了在恒星间移动的高速推进装置——曲速引擎，《回到未来》等作品中出现了时间旅行等，这都是人类想象力的产物，其中包含了人们对负质量或者负能量存在时可能获得的科技福利的期望。

电影《星际穿越》海报，来自：豆瓣现代物理学试图像前面提到的 3 种基本力一样，将引力描述为一种媒介粒子，这样的尝试至今仍在进行由于引力从本质上不同于其他 3种基本力，所以这 4 种基本力无法很好地融合为一个大一统理论，人们一直在进行着多种理论性尝试。

但是直到今天，对于包括引力在内的自然界 4 种力的统一描述，仍然是理论物理学未解决的课题我们通过发现宇宙正在加速膨胀 * 得知了一个事实，即宇宙的大部分空间都被一种拥有暗能量的形态不明的物质占据暗能量违反了能量守恒条件，它占据了大部分宇宙。

事实上，构成宇宙的物质中，我们已知的仅有 4%也就是说，我们能够通过现有引力理论得知的不过是极少的一部分从很早以前开始，人类就梦想着能够摆脱引力的支配具体表现形式就是想自由地在天空翱翔，其中一个例子就是希腊神话中的伊卡洛斯的翅膀。

进入近代后，莱特兄弟开始在天空中飞翔我们可以将近现代的飞行装置（气球、滑翔机、飞机等）看作人们努力克服引力支配的一部分文明成果在现代文明中，人类借助科学的力量，克服了引力的部分支配，但仍然无法彻底挣脱并获得完全的自由。

因为我们无法理解引力的本质，所以不可能在现实中像科幻电影里演的那样，利用曲速引擎或者虫洞进行旅行，完全支配引力，自由地生活到了现代，爱因斯坦的广义相对论 * 奠定了人们对引力的理解物理学、天文学的许多实验和观测证明，相对论和我们的观察十分吻合。

但是如今，描述引力的现有理论也无法解释一些理论和观测结果之间的偏差，我们尚缺乏一个准确贯通引力本质的理论例如，这些偏差中的一个神秘而又模糊的主题就是物理学或现代宇宙学领域观测到的黑洞等极限引力场周边的暗能量。

又比如，我们为了增强对宇宙的理解而面临的根本问题（时间的本质、宇宙诞生的历史和过程、我们为什么生活在四维时空等），是现在广义相对论无法解决的这些问题的解决依赖于超越广义相对论的统一理论，或引力的量子理论等最前沿物理学领域的研究。

为此，物理学家从数十年前就开始努力构建描述引力的统一理论尽管如此，广义相对论依然在描述星体和行星运动方面取得了惊人的成功，它为我们了解宇宙提供了基础的理论背景许多实验和观测上的证据让人无法再对广义相对论的确定性与奇妙性提出反驳。

在这种情况下，该理论还留下一个未被实验验证的预言，那就是爱因斯坦早在1915 年就预言其存在的“引力波”人们在理论上预测其存在 100 年后，才终于成功地直接探测到引力波在过去的 50 多年里，人类一直在为证明引力波的存在而努力。

全世界都在建设引力波探测仪，并开展了许多大型实验项目，计划将来进行更大规模的实验

电影《超时空接触》海报，来自：豆瓣本书旨在介绍爱因斯坦预言的引力波，以及人类为了直接探测到它而付出的努力，同时也针对这项科学成就可能给人类带来的未来进行探讨第 1 章介绍牛顿的引力理论和爱因斯坦的广义相对论，并以历史事件为中心进行了简略的考察，同时对广义相对论预测的引力波的本质和实验探测可能性进行说明。

第 2 章介绍率先尝试实验探测引力波的约瑟夫•韦伯的开创性努力、与此相关的历史事件，以及从韦伯的“棒状引力波探测器”开始的引力波探测器发展历程第 3 章介绍继约瑟夫•韦伯之后的引力波探测器新方案，也是目前最有可能取得成功的大型项目——“激光干涉”引力波探测器的发展历史。

第 4 章对激光干涉仪如何成为最有可能直接探测引力波的项目进行说明，并介绍 LIGO 正式启动至今十多年来的引力波探测实验第 5 章介绍随着激光干涉引力波天文台观测的开始，科学家们在发现引力波信号的同时付出的努力，并按照时间顺序特别介绍 LIGO 科学合作组织为了捕捉并确定引力波信号而做出的贡献，以及如何得出最终结论。

像这样将科学发现的过程生动地实时转述给读者，或许是本书首创而在本书即将完稿之际，科学家们又实现了历史性的发现——成功探测到引力波，这对各位读者而言，可以说是一件幸事第 6 章从物理学和天文学的观点，对引力波的成功探测能够给我们带来的好处及其衍生效应、科学可能性进行了展望，介绍现在全球范围内正在进行或筹划的新一代引力波探测器项目及其现状，并说明韩国的引力波探测研究现状。

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