前面所载三篇文章原刊于今年3月6日发行的美国《科学》杂志，系该刊为纪念爱因斯坦创建广义相对论100周年而发，其内容涉及引力波及其探测问题。爱因斯坦于1913年确定广义相对论的纲要，于1915年建成此理论体系，其总结性论文《广义相对论基础》则于1916年发表。1918年，爱氏凭藉对广义相对论的引力场方程积分的近似方法，推导得出引力场的平面波近似解，从而作出引力波存在的科学预言。但是，能否导出引力场波动的严格解，曾一度为人们所怀疑，甚至也引起爱氏本人的疑虑；1936年，爱氏考查了柱面引力波这一特例，经过严密的数学演绎，得出柱面波严格解，从而表明由广义相对论的场方程是能够导出引力场波动严格解的――此研究结果阐述于论文《论引力波》中。该文由爱氏与N.罗森联合署名，但文中第二部分“柱面波严格解”是爱氏一人听从H.P.罗伯逊的意见后进行重大修改过的。

 

　　广义相对论属于经典场理论范畴，电磁场理论亦然。引力场是与电磁场一样的一种长程相互作用场，其运动变化理当形成与电磁辐射波相类似的引力辐射波。由广义相对论预言引力波存在，乃是顺理成章的事；尽管引力波是弯曲时空中传播的辐射波，其性质与在平直时空中传播的电磁波有别，但这一科学预言毕竟不至于为人们所怀疑，即使引力波因过于微弱而难以被探测到。其实，对广义相对论最关键的验证是证实引力场时空弯曲，而不在于是否探测到引力波。1919年，A.S.爱丁顿团队在日全食时观测到：源于远方天体的光线经过太阳近处而发生偏转；70年代起始，又有人先后观测到因光线偏转而形成的引力透镜效应：所有这些天文观测事实都被爱因斯坦所预见，它们都证实引力场时空确是弯曲的，而这时空弯曲就是广义相对论的主要结论。所以，爱丁顿观测结果公诸于世以后，加之用广义相对论可圆满解释水星近日点进动等其他观测事实，该理论便逐渐被科学界人士所接受。

 

　　纵然，是否探测到引力波算不得验证广义相对论本身是否成立的关键；但引力波探测还是具有重大科学意义的。一般天体的质量不大，其相对论效应并不明显，所产生的引力辐射极其微弱；而对于质量甚大的致密天体（诸如中子星、黑洞）以至宇宙整体，广义相对论才真是大有用武之地，因此而开拓出相对论天体物理和相对论宇宙学等学科领域（特别是黑洞，其可能存在恰正是广义相对论的一个推论）。爱因斯坦于1917年发表的《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》一文便是相对论宇宙学的精彩开篇，该新学科理论中所采取的时空度规乃由罗伯逊等人从广义相对论推导得出。致密天体的引力场相对较强，其运动变化所导致的引力辐射或有被探测到的可能；因整个宇宙的激烈演化（宇宙极早期的暴胀等）而产生的原始引力波之踪迹亦或可被辨明。所以，致力于引力波探测将会促使相对论天体物理和相对论宇宙学深入发展。

 

　　1960年代，J.韦伯的实验观测曾力图直接探测引力波；之后，J.H.泰勒等以及后来别人观测脉冲双星公转的变化规律，所采用的则是一种间接探测引力波的方法：这脉冲双星系统往往由相当致密的中子星（甚或更致密的黑洞）组成，因公转而产生引力辐射带走了引力场能量，致使公转周期变短、轨道变小，由此变化规律即可间接地证明引力波的实在性。除了双星公转之外，譬如说，中子星自转、超新星爆发、黑洞等致密天体的碰撞、双星的并合等，都可作为或直接、或间接探测其引力辐射的候选者。近几十年来，引力波探测成为天文观测方面的重要项目；实际上，对引力波的探测和对其性质的探索，可藉以探讨致密天体及其引力场的属性和运动规律、宇宙之起源和演化规律及其细节，而这些正就是相对论天体物理、相对论宇宙学的重要研究课题。

 

　　下文《捕捉引力波》介绍了关于激光干涉[仪]引力波观测站（LIGO）搜索引力辐射的实验观测计划。该仪器设施与以往直接的或间接的探测仪器不同，采取光学方法，即借助于激光干涉过程，故而明显提高了测试灵敏度；并且，它经过改造以后，还大大拓宽了太空搜索范围。搜索目标主要为引力辐射爆发事件（诸如上述之超新星爆发、致密天体的碰撞和并合等即是），其能量较高一些（相对而言），或许较易于直接观测；而搜索范围较为宽广，则便可能碰上爆发事件。但与电磁辐射相比，引力辐射所携带能量的绝对密度终究低得多。LIGO目今是否已满足甚为苛刻的探测要求，则须依据其正式运行后的情况而论；然而进一步提高其灵敏度等性能指标，总是需要的。人们期待着LIGO带来引力波探测的好消息！

 

　　LIGO对引力波的探测方法以及工作原理颇为新颖，其核心仪器――激光干涉仪非常精致，在当前天文观测设备中堪称上乘、且别具一格。正因为引力辐射十分微弱，对其探测则困难重重；那末，寻找各种新的探测方法、设计行之有效的探测仪器、采取不同的工作原理，就成为实施引力波探测工程的必要条件。LIGO即为一例，或能如愿以偿。今后或许还会出现别样探测设施，寻找别样探测途径。但不管种种引力波探测仪器能否探测到引力辐射，其研制过程有时会引出其他科技成果。当代许多大实验观测工程的实施，对于促发高新科技之广袤领域而论，都是很有价值的。

 

　　众所周知：高能加速器的成功研制，促成了粒子物理和现代宇宙学的发展；各种波段望远镜的成功研制，促成了现代天文学的发展、特别是铸就了相对论天体物理和相对论宇宙学的辉煌。同样，对种种引力波探测仪器的设计制造，一定会促使引力场理论进一步发展、并造就相对论天体物理和相对论宇宙学新的辉煌，因为它们毕竟会打开天文观测的新窗口。

 

　　由上述可知，引力波探测惟难惟艰，但既然作为一种科学探索，其科学意义也是显而易见的。