Ripples in Spacetime: Einstein, Gravitational Waves,and the Future of Astronomy

by Govert Schilling (Author), Martin Rees (Foreword)

时空中的涟漪：爱因斯坦、引力波和天文学的未来

伽维特•希尔灵

作者简介

伽维特•希尔灵是尼德兰（荷兰）的一位天文学记者和作家。

   马廷•瑞斯是英国剑桥大学的一位宇宙学家和太空科学家，具有皇家天文学家的荣誉头衔。

内容简介

   引力波的探测已被称为世纪科学突破。爱因斯坦在近100年前就预测过时空结构内的这些微小涟漪，但直到现在才被学界直接接受。这个重大发现导致科学家们重新理解塑造宇宙的剧烈事件，并对爱因斯坦的广义相对论做了新的证实。《时空中的涟漪》记述了完成爱因斯坦项目的国际影响，探测到难以捉摸的涟漪，并开启了一个引力波天文学时代，可比以前更为形象地解释我们的宇宙结构和起源。

   对引力波的探测，牵涉到多年的探险研究，已退出世界最大科学努力之一的许多个人和教授的奋斗。伽维特•希尔灵将读者带到展开这些故事的地方——包括日本的KAGRA探测器、智利的Atacama宇宙学望远镜、南极的BICEP探测器，以及美国的LIGO实验室。他解释了发展中的探测技术的灵敏度，看起来不可能足以探测很遥远宇宙内的两个碰撞黑洞所产生的引力波，然后描述了LIGO探测器的惊人精确度。接着，希尔灵用具有少量科学背景的读者就可理解的语言，阐明了诸如广义相对论、中子星和大爆炸等概念。

《时空中的涟漪》提供了一扇观看天文学新前缘的窗口，将意义深远的预测和发现编织成一部反映人类雄心和毅力的、引人入胜的故事。

评论

I read with great pleasure this friendlybook. The placement of the detection of gravitational waves in the greaterhistory of astronomy and physics is nicely done, and readers not yet familiarwith many of the concepts will come away from the book having really learnedsome of the physics as well as having a sense of what real science and realscientists are like. The scope and organization makes it entertaining andleaves room for surprises.

(David Shoemaker, Spokesperson, LIGOScientific Collaboration and Senior Research Scientist, MIT Kavli Institute)

In this elegant and captivating book GovertSchilling takes us by the hand through a century of scientific adventures toone of the biggest discoveries of history.

(Robbert Dijkgraaf, Director and Leon LevyProfessor, Institute for Advanced Study)

A fascinating story of astronomy…Schillingwalks readers through a lucid history of the universe, of general relativity,and of the bumpy search for Einstein’s last major unconfirmed prediction: theexistence of gravitational waves…Schilling delivers a lively, expert, mostlycomprehensible account, equal parts politics, personality, and science, of thesearch that ended two years ago…Schilling emphasizes that this is not simplyanother feather in Einstein’s cap, but a valuable new tool. The early universewas opaque to radiation until 380,000 years after the Big Bang, but gravitywaves poured out from almost the beginning, so a new field of ‘gravitationalwave astronomy’ can look back almost to the birth of the cosmos. An excitinghistory of the second great breakthrough of 21st-century physics.

(Kirkus Reviews (starred review) 2017-06-15)

郑中推介语

引力波，即时空曲率扰动所产生的行进波，即能量通过波的形式从辐射源向外传播，形成引力辐射。当一个引力波通过一个观测者的时候，会导致时空发生应变效应，而且这种效应的强度与产生引力波源之间距离成反比。

引力波可穿透那些电磁波不能穿透的地方，所以引力波天文学将给我们有关宇宙运转的新认识。尤其是引力波可提供一种观测极早期宇宙的方式，而这在传统天文学中是不可能做到的，因为在宇宙再合并之前，宇宙对于电磁辐射是不透明的。所以，对于引力波的精确测量能够让科学家们更为全面的验证广义相对论。

引力波有两大独特特征。第一，不需要任何物质存在于引力波源周围。这时就不会有电磁辐射产生。第二，引力波几乎不受阻挡的穿过行进途中的天体。这两大特征允许引力波携带有更多的之前从未被观测过的天文现象信息。

科学家们已利用更为灵敏的探测器证实了引力波的存在。目前最为灵敏的探测是aLIGO，气探测精度可达1.0E-22。更多的空间天文台（欧洲航天局的eLISA计划，中国的中国科学院太极计划和中山大学的天琴计划）目前正在筹划当中，一场关于引力波天文学的科学竞赛正在开始！

   自去年底，在美国的天文学家们探测到引力波的存在，无疑为人类研究天体、观测宇宙又增加了一只“大眼睛”，必将对宇宙天文学产生深远影响。中国也计划加入引力波探测，导致引力波这个热点更加升温，关注度逐渐攀升。通过引力波研究黑洞天体物理学、星系黑洞系统相互作用、碰撞星系内的黑洞相互作用，定会相继成为天体物理学的新热点。