引力波鲜为人知的两个效应，你知道多少？

引力波是爱因斯坦的广义相对论所预言的一种时空自身的波动。原则上说，任何有质量的物体运动起来都能产生引力波。但引力波太微弱了，一般来说只有当像两个黑洞相撞这样暴烈的事件发生时，其引力波才能被我们探测到。而且，由于这类事件的发生地点距离我们太遥远，引力波传到地球已经极其微弱，所以探测引力波需要高度灵敏的仪器。

不过，这已难不倒我们。自2016年首次探测到引力波以来，如今探测引力波对于我们已经是家常便饭，几乎每周都能探测到一次，因此单纯探测引力波已经没有什么新意。

与此同时，广义相对论还预言了两个更微弱的引力波效应，其中一个甚至还暗示，引力波或许可用来寻找暗物质。所以，探测这两个引力波效应才是新鲜事。

时空会“记住”引力波

其中一个叫引力波的记忆效应。这是什么意思呢?我们稍加说明一下。

我们知道，引力波是一种波动，所以它跟水波、声波、电磁波一样，都有着波的一切特点，比如要有振动源、有周期性等。但引力波又不同于其他的波，它是时空自身的波动，所以它有自身的特点。当水波传过一块水域之后，这块水域会恢复到之前的状态。可是，引力波传过一个地方之后，将会永久地改变这个地方的时空结构。这就是所谓的“记忆效应”。

以探测引力波的激光干涉仪引力波探测器(LIGO)为例。LIGO有两条相互垂直且等长的臂L1和L2。你可以将它们想象成是一个圆的两条相互垂直的半径，圆心位于两臂的交汇处。当引力波传来时，将周期性地扭曲这个圆：一会儿垂直方向被拉长，水平方向受挤压;一会儿水平方向被拉长，垂直方向受挤压;如此等等。于是，在引力波通过期间，两臂的长度差将会来回变化。这个变化会被LIGO探测到，从而证明有引力波通过。可是，等引力波过去之后，L1和L2不再恢复到等长，而是会有微小的长度差，具体差多少取决于引力波的最后一次振荡。这就是引力波的记忆效应。

其实，当引力波通过之后，不只是LIGO的两条臂长会有微小的差别，由于引力波是一场巨大的波在宇宙中的蔓延，因此通过地球时，每个人的身体都会发生永久的轻微变形。

探测引力波的记忆效应

很遗憾，这种效应是极其微弱的。以LIGO首次探测到的引力波为例。该引力波来自近13亿光年外，可能涉及两个黑洞以接近光速相撞。在几分之一秒内，黑洞相撞将相当于三倍太阳的质量转化为引力波的能量，其最大输出功率大约是整个可见宇宙输出功率(宇宙所有星球在一秒内辐射的总能量)的50倍。但即使是这样，这些引力波也仅导致LIGO两条4千米的臂，长度振荡了大约一个质子直径的千分之一。而在这个事件中，预计引力波记忆效应只有引力波幅度的二十分之一。换句话说，只改变LIGO的4千米长臂大约一个质子直径的二万分之一。

以LIGO目前的灵敏度还不足以探测一个黑洞碰撞事件所产生的引力波记忆效应。不过，天体物理学家想出一个变通的办法：如果多个黑洞碰撞事件的引力波记忆效应相互叠加，或许能让它变得容易探测。他们估计，只要积累1000个引力波事件就够了。而根据目前探测引力波的速度，这个目标未来几年内就能够实现。

另一种办法是用原子钟。引力波记忆效应将永久地改变某些地方的时空结构，根据广义相对论，弯曲程度不同的空间，时间流逝的快慢也不一样。因此，把两个事先校对好严格同步的原子钟分别移到空间两处，由于引力波记忆效应，这两处空间的弯曲程度不同，所以一个钟显示的时间也许会比另一个钟的慢。读数的细微差别有可能揭示引力波的记忆效应。

引力波的延迟效应

除了记忆效应，引力波还有延迟效应。

我们都知道，当光穿过透明介质时，速度会放慢。假如两条光线A和B从同一地点同时出发，A一直在真空中传播，B则中途穿过一个透明的物体，当它们在某个终点相聚时，显然B比A要有一个延迟，延迟时间跟透明介质的性质有关。

引力波也一样。当引力波遇到一个有质量的天体时，它也会速度变慢，到达我们的探测器会有一个延迟，延迟时间则跟天体的密度、厚度等性质有关。这叫引力波的延迟效应。

不过，同样遗憾的是，这种效应也是非常微弱的。以目前LIGO的灵敏度，还很难探测。

尽管如此，假如引力波的延迟效应真实存在，那是令人兴奋的。正如X射线因为可以穿透人体的某些组织，所以借助它能让我们窥见人体的骨骼结构一样。由于引力波穿透不同密度的天体时会有微弱的变化，它或许能为我们提供一个机会，一窥中子星或其他奇特的宇宙天体的内部结构。

尤其是，如果暗物质(一种被认为占宇宙全部质量约80%的神秘物质)以大质量天体的形式存在，这种方法甚至可以帮助天文学家探测其性质。而我们知道，由于暗物质与普通物质没有电磁作用，所以所有基于电磁波工作的望远镜对它都无可奈何。

目前，理论科学家正与实验科学家合作，试图弄清如何能够识别引力波的延迟效应，以及它能告诉我们哪些有用的信息。

你瞧，发现引力波仅仅是第一步，这个领域，还有好多事情要做。