2017年诺贝尔物理学奖授予美国物理学家雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什，以表彰他们因构思和设计激光干涉仪引力波天文台LIGO，对直接探测引力波做出杰出贡献，荣获2017年诺贝尔物理学奖。
13亿年前，有两颗质量分别为29和36个太阳质量的黑洞在宇宙深空处不期而遇，它们相互旋绕，慢慢靠近，最终合并成一个62个太阳质量的黑洞。在不到一秒的时间里，这次的合并将大约3倍的太阳质量转换成了引力波向外辐射，其峰值功率要比可观测宇宙中所有恒星释放出来的能量之和还高上几十倍！
在宇宙深空处，两颗黑洞不期而遇。那个时候，虽然生命早已在地球上萌发孕育，但黑洞和引力波还只是属于宇宙能够读懂的语言。
在接下来的漫长岁月中，由于暗能量的作用，宇宙不断地在加速膨胀着。而地球则陆续地经历了成冰纪时期、寒武纪大爆发、陆生植物的生长、三叠纪灭绝事件、统治中生代的恐龙的毁灭、乍得沙赫人的出现，第一批人类大举离开非洲、霍比特人的消失、文字的发明……在最近的几千年中，人类的思维不仅仅只停留在自己眼前的这片土地，每当他们抬头仰望星空时，心中便充满了敬畏、好奇和困惑。
之后，在这个蓝色星球上出现了许多宇宙探索者，托勒密、第谷、开普勒、哥白尼、伽利略、卡西尼、惠更斯、牛顿、哈雷……他们观测、总结、推导，一次又一次的揭开宇宙的神秘面纱。
但是，13亿年前辐射出的引力波，依旧孤寂地在广漠的空间中以光速传播着。没有人知道它的存在。直到1879年，一个小孩在德国乌尔姆的一户寻常人家里出生了，谁也料想不到，物理学的进程将被他彻底改写。对，他就是阿尔伯特·爱因斯坦。
他发现了光电效应，解释了布朗运动，提出了狭义相对论，写下了E=mc²。那年他才26岁，一个专利局的职员，却撼动了整个物理学界。1905年，被称为爱因斯坦的奇迹年。但他并没有因此而得意洋洋，而是继续探索更加艰深的难题。十年后，爱因斯坦的成就达到了巅峰，他发表了广义相对论，彻底地改写了牛顿的引力理论，将引力、弯曲的时空、物质和能量联系在一起。
1916年，在广义相对论发表不久后，卡尔·史瓦西第一个找到了爱因斯坦场方程的一个解，在理论上预言了“黑洞”的可能性。“黑洞”像是宇宙中的一头引力怪兽，甚至连光一旦落入都无法逃脱。但那时并没有人相信“黑洞”这样的天体存在于宇宙之中。同样是在1916年，爱因斯坦在广义相对论的场方程中找到了波的解，从而预言了引力波的存在！从此，引力波也属于人类的语言。
引力波经常形象的被称为时空的“涟漪”，就如同石头被丢进水里产生的波纹一样。而它的本质其实是时空曲率的波动。
设想一下，在遥远的深空中，如果有致密的星体碰撞合并，在过程中就会对周围的时空产生剧烈扰动，扭曲时空的波动会以光速向外传播出去。这便是发生在13亿年前的那次“黑洞”合并事件。但即使这些波动能够抵达地球，也将是非常非常微弱的，以至于爱因斯坦自己都认为引力波不可能被实验仪器所探测到。
爱因斯坦并不认为我们可以探测到引力波，因为引力波实在是太微弱了。多微弱？我们来看一个简单的公式，引力波的强度由无量纲量h表示，代表了引力波引起的时空扭曲和平直时空度规之比。h也被称为应变，它定义为：公式中的M代表黑洞的质量，r代表距离，如果我们把一些相关的数字代进去就会得到一个极小的应变：10^-21！
尽管在黑洞合并时释放出的引力波强度是如此之大，但是经过十几亿年的传播，当它抵达地球时，造成的空间畸变不超过10^-14米。
到了1930年代，钱德拉塞卡、托尔曼、奥本海默和沃克尔夫认为，如果有大量的物质聚集在一起，它们最终将不可避免地坍缩成为“黑洞”。爱因斯坦本人对“黑洞”的存在一直都持怀疑的态度。但他对引力波和“黑洞”的存疑并没有阻止其他人的研究热情。
到了1950年代，物理学家约瑟夫·韦伯迈出了第一步，他认为直接探测引力波并非是遥不可及的梦想。他的最终设计被称为共振棒探测器，由一个长度两米的圆柱形铝棒组成。当引力波经过探测器时，铝棒的两端会交错地收缩和拉伸，如果引力波的频率和铝棒设计的频率一致，铝棒会发生共振。但韦伯的设计有一个严重的局限性：共振棒太短了，只有两米。
例如，强度10^-21的引力波在这个长度上的应变量（2×10^-21米）实在太小，要探测到如此小的长度变化在那个时代简直是天方夜谭。韦伯虽然没有探测到引力波，但却引领了潮流，使更多的人加入到探测引力波的队伍。
1960年代，发生了很多激动人心的事情。来自新西兰的物理学家罗伊·克尔找到了一个能用来描述旋转“黑洞”的更广义的史瓦西度规，它描述了坍缩恒星的最终态——它们总是具有非零的角动量。
在天文学领域，有著名的四大发现：微波背景辐射、类星体、星际分子和脉冲星。其中脉冲星是一种旋转的中子星，会发出周期性的射电信号。1967年，发现脉冲星的同年，约翰·惠勒在纽约的一次讲座中，正式提出了黑洞一词，一下子使黑洞成为了科学家、科幻家、媒体最喜欢的概念。在黑洞的研究热潮中，年轻的斯蒂芬·霍金强势加入。
1970年代，对黑洞的研究热情进入了狂热时代，无论是在理论或观测上都有着许多实质性的突破。
例如，霍金提出了面积定理，即如果有两个黑洞合并，其总的视界面积是不可能减少的。面积定理的一个重要的结果是，合并黑洞辐射出的引力波的能量有一个上限。同时，霍金利用量子力学研究了黑洞邻近的粒子行为后宣布黑洞具有温度，就像所有具有温度的物体一样，黑洞也能产生辐射！这种现象被称为霍金辐射。自此，霍金将引力、量子力学和热力学联系在了一起。
除了黑洞的研究外，在1974年的时候，美国物理学家泰勒和赫尔斯发现了两个中子星组成的互相旋绕的双星系统。其中一颗是脉冲星，利用它精确的周期性脉冲信号，他们计算出了该双星系统绕其质心公转时它们的轨道半长轴以及周期。由于引力波会带走能量，所以轨道半径和周期也会变短，理论和观测精确的符合了，从而间接地证实了引力波的存在。泰勒和赫尔斯也因此获得了1993年的诺贝尔物理学奖。
但问题是，我们还没有直接地探测到引力波。
另一方面，曾经为爱而辍学的雷纳·韦斯回到了麻省理工，并在70年代开始着手设计引力波探测器。他在偶然中发现了韦伯的工作，但他并没有跟韦伯做一样的实验，而是有了一个更妙的想法：利用一个叫做干涉仪的L型仪器来探测引力波。这个设备可以分离激光束，把两束激光往相互垂直的探测器臂传播。光束会在臂的末端反射回来。
如果两臂的长度完全一样，那么激光通过的路程就会完全相同，因此他们再次相遇时就会彼此相消。但是如果引力波穿过时，韦斯相信探测器臂会被拉伸，那么两束光经过的路程不再相同，它们再次相遇时就不会完全相消，而是在探测器出产生一个信号。科学家的目的就是探测这一信号。
虽然利用干涉仪探测引力波的想法在那个时候已经有所流传，但是韦斯是第一个意识到我们需要的是一个巨大的干涉仪，两个探测器臂的长度至少需要2英里长。
他也是第一个提出如何处理其它来源的噪声，以免这些噪声淹没了引力波的信号。在韦斯设计引力波探测器的生涯中，跟另外两位物理学家合作紧密，他们分别是罗纳德·德雷弗和基普·索恩。在韦斯发展探测器的同时，索恩则开始和德雷弗共事，德雷弗在苏格兰的格拉斯哥开始建立了自己的探测器原型。德雷弗最终搬去加州理工，与韦斯、索恩形成了三巨头，共同克服了许多技术上的难题。
最终的设计结果便是今天我们所知道的激光干涉引力波天文台（LIGO）。
1994年，巴里·巴里什开始担任LIGO的项目主管，将一个只有40人的小团队转化成了涉及众多成员并且依赖大规模设备的大科学，最终使引力波探测成为可能。LIGO是一个L型的探测器，两个互相垂直的长臂，长为4000米。其工作原理是将一束激光被分成两束，并沿着两臂传播。在两臂的末端设有反射器镜，激光遇到反射镜后返回到分束器。
我们看到当两束激光返回分束器的时候，光的波长是相等的，两束光相遇时发生干涉，并完全抵消，也就是相消干涉。所以，我们可以预期在实验装置中的光子探测器不会看到任何的光。但是，如果这个时候引力波出现，那情况就完全不同了。引力波会使时空扭曲，这就意味着，两臂的长度将受到影响，一个臂会轻微长于另一个臂。有节奏的对两臂拉升和挤压会持续到引力波完全通过。
如果两臂不再等长，当激光返回分光束并进行干涉的时候它们不再完全相消。那么光子探测器就会记录到干涉图样。但是这样的变化是非常小的，这也正是为何引力波如此难以被探测到。
在1990年代，世界各地都开始兴建大型激光干涉仪引力波探测器，美国、意大利、德国、日本纷纷加入探测引力波的行列。步入千禧年以来，所有的探测器共同进行了十年多的观测，但一无所获。之后，位于美国Livingston臂长为4千米的LIGO（L1）和Hanford臂长为4千米的LIGO（H1）经历了几年的重大改造和升级，大幅提升了灵敏度，并于2015年重新投入观测。
2015年9月14日，命中注定的相遇终于到来。发生在13亿年前的双黑洞合并辐射出的引力波，在经历了如此漫长的岁月后，率先抵达到L1，7毫秒后到达H1。这次的事件被称为GW150914（GW代表引力波，后面数字代表年月日），显著性高达5.1倍标准差。这是历史性的一刻！凝聚了几代人的心血终于得以回报。
如何才能捕获到引力波。
人类第一次捕捉到的引力波是从两颗距离地球13亿光年的黑洞之间的暴力冲撞中得到的，距离13亿年后，当碰撞产生的波经过地球时强度已经大大减弱：LIGO所探测到的时空中的涟漪甚至比原子核还要小上几千倍。引力波是广义相对论实验验证中缺失的最后一块“拼图”。100年后，爱因斯坦的理论再次被完美地验证了：引力波的确存在！它的发现也证明了时空是动态的不再只是停留在理论层面。
但这仅仅只是一个开始，引力波开启了一个全新的天文时代，在不依赖天文望远镜的情况下，我们可以观测黑洞、中子星，以及宇宙中另外一些不可见的物体。它为人类探索宇宙打开了一扇新窗口。
LIGO由两个巨大的相同的干涉仪组成。引力波首先击中的是位于利文斯顿（Livingston）的干涉仪，然后再7毫秒之后，经过位于3000公里之外的汉福德（Hanford）的另一个干涉仪。两个信号几乎完全相同，并且与对引力波信号的预测十分匹配。使用这些信号，南部天空中的一个区域也可以被确认为发出引力波的区域。
如果有人怀疑此次数据的可靠性，那么2015年12月26日，LIGO再一次观测到了一对黑洞合并产生的引力波信号足以打消大多数人的疑虑。这次的事件（GW151226）被LIGO的研究人员亲切的称为“来自爱因斯坦的圣诞礼物”。GW151226由两个质量分别为14.2和7.5倍太阳质量的黑洞合并产生。此次的发现或许暗示着宇宙中恒星质量双黑洞系统的数量要比我们想象的更多。
上图显示的是LIGO第一个完整的观测季节（2015年9月12日 - 2016年1月19日）。我们可以看到LIGO探测到三个引力波事件：两次确认事件：GW150914和GW151226，以及2015年10月发现的一次疑似引力波事件LVT151012。之所以是疑似事件，是因为该事件的发生地点离我们太远，所以信噪比相对弱，显著比只有1.7倍标准差（5倍标准差才可以确定是科学发现）。
2017年5月31日，LIGO团队召开了一次秘密的电话会议，宣布升级后的LIGO（aLIGO）再一次探测到了双黑洞合并辐射出的引力波事件：GW170104。之所以选择电话会议，表明了引力波探测事件的日常化，随着探测器灵敏度不断提升，未来将会观测到更多类似的事件。此次发现最大的惊喜在于最终合并黑洞的质量为49个太阳质量。
过去，我们认为宇宙中很难产生高于20个太阳质量的黑洞，然而这次的发现再次确认了高质量黑洞的存在。此外，通过此次引力波事件，科学家不仅对黑洞的自转做出了限制，也帮助我们对双黑洞的形成机制做出了限制。
虽然LIGO成功地探测到三次确凿的引力波事件，但我们目前对引力波的定位能力还是很差。幸运的是，2017年升级后的室女座引力波天文台Virgo（位于意大利）也加入了探测的行列。
2017年8月14日，一个短暂的引力波信号（GW170814）被升级后的LIGO和Virgo记录到。这是首次由三台探测器合作探测到的确凿引力波信号。其亮点在于通过三点定位原理观测引力波的方波要比以往在精度上提升10倍，有助于更好的定位信号的来源。
这些探测器已经四次成功地探测到我们宇宙的震动，还有更多的发现值得被期待。印度和日本现在也在建造新的引力波探测器。
通过几个所处位置相距甚远的实验，研究员应能更精确地识别这些信号都来自哪里。然后可以通过使用光学望远镜、X射线望远镜或各种其他类型的望远镜来研究观察到的引力波。目前为止，所有的电磁辐射和粒子，比如宇宙射线或中微子，已经给我们提供了许多关于宇宙的知识。然而，引力波是证明时空自身的涟漪的最直接证据。这为我们揭露的是一个全新也全然不同的未知世界。
还有更多的发现正等待着那些已经成功捕获引力波，并努力破解它们所含的信息的人。