在12月15日中午12时的《张朝阳的物理课》第二百三十二期中，搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳坐镇搜狐视频直播间，在得到度规的微扰所满足的波动方程后，具体求解了度规的形式，介绍了引力波的两种模式，并利用测地偏离方程介绍了引力波导致的可观测效应。
广义相对论的基本框架
广义相对论表明物质的存在导致时空弯曲。当探究粒子在弯曲时空中的运动时，可以放下其受到引力这样的观点，而直接地认为粒子需要在这弯曲的时空中走出一条最，就可以将其代入场方程反解出度规，有了度规之后，就能很好地描述时空的弯曲。
当需要描述测试粒子在时空中的运动时，就可以求取克氏符，进而求解相应的测地线方程得到粒子的轨迹。之前的课程中曾经求解过光线在恒星附近的轨迹弯曲角度，这也是广义相对论早期被实验验证的重要结论之一，这个角度刚好是牛顿力学给出结果的两倍。之前还计算过水星近日点的进动。太阳系的所有行星围绕太阳的公转轨迹其实都不是严格的椭圆，而是不断进动的不封闭曲线。水星距离太阳最近，所以效果最明显。还求解过广义相对论的恒星内部解。恒星不是单个粒子，其内部需要用密度和压强来描述，进而给出能动张量。借助爱因斯坦场方程，最终可以得到星体内部的静态方程，这将比经典的流体平衡方程多出若干项修正。
引力波的具体形式
在这些静态的例子之外，动态的情形也是非常值得探讨的。比如，爱因斯坦场方程给出的这个时空弯曲，会不会像波一样传播呢？爱因斯坦早在1916年就预言引力波的存在，这一预言最终得到了证实。广义相对论是狭义相对论的推广，狭义相对论表明物理过程有个速度上限，即光速c。自然地可以想，物质导致的时空弯曲也是需要时间传递的，而不可能是瞬时的，这表明了这种波动是很有可能存在的。
爱因斯坦场方程能否给出这个稳定的波动形式呢？爱因斯坦当年对这个问题给出了肯定的回答，这一预言虽然又经历了否定与肯定，终于在20世纪七十年代经过对双中子星缠绕现象的观察而被间接证实。双中子星缠绕旋转时能量和速率不断变化，而这一变化可以被引力波辐射很好地描述。人类首次真正地观测到引力波是在2015年9月14号，美国LIGO的两个激光干涉引力波天文台记录了相应的信号。自此之后，人们发现了越来越多的引力波事件，更精密更庞大的测量设备开始被建设，开启了引力波天文学的新时代。
与电磁波相比，引力波与物质的相互作用要弱得多，因此拥有极强的穿透能力，宇宙相对于引力波来说几乎是透明的。宇宙第38万年左右被称为再复合时期，在这期间电子与原子核相互结合，形成了原子。在此之前，可见物质主要以等离子体形式的存在，而电磁波与等离子体有极强的相互作用，这个阶段的演化信息很难通过电磁波的形式留存下来。比如现在能够观察到的宇宙微波背景辐射，是38万年以后留下来的灰烬。但是要注意到，引力波可以很好地传播出等离子体阶段的信息，这就为我们提供了一个难得的窗口，可以了解宇宙早期的情况。
引力波的可观测效应
引力波虽然与物质的相互作用很弱，但它仍然会对物体产生可观测的影响。其中一种影响是测地偏离效应。当引力波传播时，会沿着传播方向周期性地改变物体的长度和角度。这种效应可以被干涉仪检测到，干涉仪是一种非常敏感的仪器，可以检测到物体非常小的长度变化。
引力波的另一种可观测效应是时间延迟效应。当引力波传播时，会改变光线传播的时间。这种效应可以通过脉冲星计时来检测，脉冲星是中子星的一种，会以非常稳定的周期发出电磁脉冲。通过测量脉冲到达时间的变化，可以推断出引力波的存在。
引力波的发现是物理学上的一项重大突破。它不仅证实了爱因斯坦的广义相对论，还为我们提供了探索宇宙新窗口。通过对引力波的进一步研究，我们有望获得更多关于宇宙起源和演化的信息。
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