天文學家利用引力波探索黑洞起源，引力波是什麼？怎樣用它探索黑洞起源？

你的問題有點誤解，其實天文學家不是利用引力波探索黑洞起源。引力波是兩個黑洞碰撞併合發出來的，這個時候黑洞已經存在了，引力波很難告訴我們黑洞是怎麼起源的。當然，引力波可以告訴我們宇宙是怎麼起源的。黑洞與宇宙是不同的兩個概念。

美國的LIGO探測引力波的大概情況如下。

我們知道引力波其實可以引起空間體積的畸變，引力波過來的時候，它對空間的影響就好像是用手捏一個氣球，但保持氣球的總體積不變，只是形狀發生了改變。

上世紀七十年代後期，美國麻省理工學院的韋斯的領導的一個研究小組建議建設一個大型的、數公里規模的激光干涉引力波探測器。這個建議得到了美國國家科學基金會（NSF）的贊同，NSF建議由麻省理工學院和加州理工學院聯合實施激光干涉引力波探測計劃，併成立了由理論物理學家和實驗物理學家：索恩（Kip Thorne）、德雷弗（Ronald Drever）、韋斯（Rainer Weiss）組成的指導委員會。他們三個人提出了一個較完整的實驗方案，即建造臂長達4公里的兩個激光干涉引力波天文臺（LIGO），因此這三個人成為LIGO實驗的聯合創始人，學術界認可他們三個人是“LIGO之父”，並且預測2017年的諾貝爾獎金會頒發給這三個人，可惜的是前幾個月，德雷弗去世了。

上世紀九十年代初，LIGO實驗正式開始建造。探測器由兩個互相垂直的干涉臂構成巨大的L型，臂長均為4公里。從激光光源發出的光束在兩臂交會處被一分為二，分別進入互相垂直並保持超真空狀態的空心圓柱體內，再由放置在終端的鏡面反射回到出發點，讓兩束激光發生干涉。

我們知道，引力波是一種橫波，當有引力波通過時，L型兩臂的長度會發生不同的變化：其中一臂的長度略微變長，而另一臂的長度就會略微縮短，由此造成兩束激光的光程差發生變化，使得激光干涉條紋發生相應的變化從而檢測到引力波。這就是探測引力波的基本原理。用它我們可以探測兩個黑洞碰撞併合發出的引力波。

引力波是什麼？

在物理學上，引力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動，如同石頭丟進水裡產生的波紋一樣，引力波被視為宇宙中的“時空漣漪”。或者說如果將時空看成一張大橡膠膜，用小球代替天體，當小球被放上橡膠膜時，球的質量會把橡膠膜往下壓。這時，如果在旁邊再放一顆球，兩顆球分別造成的“時空彎曲”就會讓它們逐漸滾向對方。當它們互相加速運動時，產生的“漣漪”就是引力波。

早在1915年，愛因斯坦在廣義相對論的基礎上就提出了引力波的存在，並預言強引力場事件可產生引力波，比如黑洞合併、脈衝星自轉以及超新星爆發等。假如有引力波向你撲面而來，你會看到你前方的空間在上下或左右方向上時而被拉伸，時而被壓縮的效果；當引力波迎面通過你，你會不斷髮生拉伸和壓縮，你會先變高變瘦，再變矮變胖，再變高變瘦，再變矮變胖。這樣會扭曲的引力波能幫我們洞悉整個宇宙的源頭。