自2015年人类首次探测到引力波以来，科学家们急切地想要探测这一全新的天文宝藏，分析挖掘这里面蕴藏的宇宙的故事。目前已经确认的引力波事件已经有90多例，科学家从中获得了哪些信息？又有哪些新的问题需要解答。在本期推文中，让我们跟随作者的笔迹，先小窥一下引力波的发现史，进而将耳朵竖起、眼睛张开，感受引力波的未来。
什么是引力波？往平静的湖面扔一颗石头，湖面会泛起涟漪，因为石头扰动了水面。类似的，往时空中扔一团物质，时空也会起波澜。这是爱因斯坦的广义相对论所给出的预言：物质能弯曲时空。弯曲的时空，根据广义相对论，就可以产生引力。正是因为这个原因，人们把时空的波动叫做“引力波”。
怎样探测引力波？我们之所以看得到水波，是因为我们可以离开水面，观察水面的弯曲起伏。说得抽象一点，是因为我们可以跳出水面这个二维平面，上升到三维空间，来观察水波的影响。然而，引力波是在三维空间中传播的，我们就生活在三维空间中，没有办法跳出这个维度做任何的观察。那怎样才能觉察到引力波的存在呢？
为什么要探测引力波？千百年来，人类早就习惯了依赖眼睛观察世界。当今的大型天文望远镜，就是人类视力的延伸，是我们观察宇宙的巨眼。那为什么还要耗费巨资建造引力波探测器呢？因为接收的讯息不一样。探测引力波更像用耳朵听声音。利用耳朵，我们可以感受空气的振动，而且振动幅度越大，声音越响。而利用引力波探测器，我们则希望探听到时空的振动。
为什么等了一百年？早在1916年，爱因斯坦就预言了引力波的存在。但等到2015年，我们的引力波探测器才找到了确凿的信号。为什么探测引力波那么难，要等一百年呢？主要是因为产生引力波的天体都非常遥远。所以引力波到达地球的时候已经衰减得相当厉害了，它的振动幅度只有最初的10-21，也就是0.000000000000000000001，小数点后有20个零！
LIGO究竟探测到了什么？2015年，差不多是爱因斯坦提出引力波一百年后，LIGO终于率先探测到了引力波信号。在9月15日这一天，LIGO两台探测器的激光干涉臂几乎同时抖了几下。在排除了其他所有的可能性之后，剩下唯一的选项就是引力波。我们真的探测到引力波了吗？让我们仔细看看这个信号。在不到0.15秒的时间内，LIGO探测器抖动的幅度和频率都随时间急剧增加。
大黑洞之谜到目前为止，LIGO和Virgo已经发现了90多例引力波事件，其中绝大多数是黑洞合并。找到那么多“双黑洞”，其实是在天文学家意料之中的，这也是地面引力波探测器建造的初衷。但是有一个结果一直令人疑惑：这些黑洞比天文学家先前预料的要大，而且大很多。
解密引力波的讯息我们是不是真正听懂了引力波带来的讯息？毕竟现在我们能测量的只是波的频率和振幅，而不是黑洞质量。是什么原理让我们能从引力波信号推测出黑洞质量呢？以啁啾信号为例，黑洞质量可以决定音调的高低（频率的大小）以及音调变化的快慢（频率变化的速度）。越重的黑洞在合并的最后阶段音调越低沉，音调升高地也非常迅速。
听到弦外之音？LIGO和Virgo找到的“大黑洞”是目前引力波天文学最主要的研究对象，是很多理论研究的前提基础。但很少有人注意到，黑洞质量的测定是建立在两条隐含假设上的。（1）引力波的振幅和距离成简单反比关系。（2）只有宇宙学红移对频率起作用。大多数科学家都是按照这两条约定在读引力波的“乐谱”，但黑洞是不是循规蹈矩的乐手呢？
结语测量黑洞的质量和距离是引力波天文学最基本的问题。鉴于它的重要性，越来越多的科学家开始重新思考独立的方法来检查引力波的测量结果。有趣的是，传统的天文学观测手段有可能会帮上大忙。比如我们可以在引力波传来的方向搜索有引力透镜效果的星系或者星系团。再比如，我们可以尝试搜寻引力波源发出的电磁辐射，用这些“电磁对应体”来确定波源真正的红移。