在廣義相對論裡，重力波是時空的漣漪。當投擲石頭到池塘裡時，會在池塘表面產生漣漪，從石頭入水的位置向外傳播。當帶質量物體呈加速度運動時，也會在時空產生漣漪，從該物體位置向外傳播，這种時空的漣漪就是重力波。由於廣義相對論限制了引力相互作用的傳播速度為光速，因此兩個宇宙物體間萬有引力的感應會產生重力波的現象，我們可以想像在平面上放置一顆重球移動後，造成平面的時空扭曲波擴散出去要一段時間，之後才會對遠方的另一顆球產生影響。相反地說，牛頓重力理論中的交互作用是以無限的速度傳播，所以在這一理論下並不存在重力波。
由於重力波與物質彼此之間的相互作用非常微弱，重力波很不容易被傳播途中的物質所改變，因此重力波是優良的資訊載體，使人類能夠觀測從宇宙深處傳來的寶貴資訊。重力波天文學是觀測天文學的一門新興分支。重力波天文學利用重力波來收集對於劇烈天文事件的重力波波源資訊，如白矮星、中子星與黑洞一類的星體所組成的聯星，超新星與大爆炸也是劇烈天文事件的重力波波源。天文學家可以利用重力波觀測到超新星的核心，或者大爆炸的最初幾分之一秒，利用電磁波是不足以觀測到這些重要天文事件的。1974年，拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒發現赫爾斯－泰勒脈衝雙星。這雙星系統在互相公轉時，由於不斷散發重力波而失去能量，因此逐漸相互靠近，這現象為重力波的存在提供了第一個間接證據。科學家也利用重力波探測器來觀測重力波現象，如簡稱LIGO的激光干涉重力波天文台。2016年2月11日，LIGO科學團隊與處女座干涉儀團隊共同宣布於2015年9月14日首次直接觀察到重力波，其源自於雙黑洞合併。2017年，萊納·魏斯、巴里·巴利許與基普·索恩因成功觀察到重力波，而獲得諾貝爾物理學獎。
概述
-{zh-hant:的歷史。根據推測，大爆炸剛發生後的超光速暴脹過程產生了重力波。
當重力波通過遠處的觀測者時，觀測者會因為觀察到形變而發現時空被彎曲了–兩個自由物體之間的距離會有節奏地波動，頻率與該重力波相同。然而，在這一過程中，這兩個自由物體並沒有受力，座標位置也沒有變化；改變的，是時空座標本身的距離。在觀測者處的重力波震幅和與波源間的距離呈反比。。科學家不斷使用更靈敏的偵測儀來偵測這種極細微的重力波存在。最為敏感的偵測器位於LIGO和VIRGO天文台，2012年時靈敏度為。歐洲太空總署正在發展一座用來探測重力波的太空天文台，雷射干涉太空天線，簡稱LISA。
重力波能夠穿透電磁波所無法穿透的空間，重力波能夠幫助了解黑洞合併或位於宇宙遠處的各種天體。重力波可讓我們探索無法用光學望遠鏡和無線電望遠鏡等傳統方式觀測的天體，因此重力波天文學使我們能夠用新的方式來了解宇宙的運行。宇宙學家還能夠利用重力波來觀測宇宙最早期狀態。傳統的天文學方法無法用來直接觀測早期宇宙，因為在復合之前，宇宙無法被電磁波所穿透。對重力波更精確的測量還能進一步驗證廣義相對論。
歷史
是最偉大的理論天文學者之一。]]
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1905年，昂利·龐加萊最先提出，如同有加速度的電荷會生成電磁波，有加速度的質量在重力的相對論場中運動也會生成重力波。1915年阿爾伯特·愛因斯坦發表廣義相對論時，則對於龐加萊的觀點抱持懷疑態度，因重力不似電荷有偶極子的概念，但他仍然使用了這個概念去推導重力波的樣貌。在1916年論文《重力場方程組的近似積分》裡，他闡明怎樣使用廣義相對論來推導出重力波，他並且給出三種不同的重力波，赫爾曼·外爾稱它們為「縱縱波」、「縱橫波」與「橫橫波」。
1936年，愛因斯坦與納森·羅森在《物理評論》中發表的《重力波存在嗎？》一文中表示，重力波在廣義相對論中不存在，因為每一道場方程式的解都會出現奇點。《物理評論》的主編將原稿交給同行審查，發現原稿提到的這些奇點是因用了圓柱形座標產生的座標奇點，對原本的理論不造成傷害。主編於是將這問題告知愛因斯坦。然而，因愛因斯坦不清楚「同儕評鑑」的概念，憤而撤回原稿，並從此再也不在《物理評論》發表論文。儘管如此，他的助理利奧波德·英費爾德與羅伯遜連絡後，成功地說服愛因斯坦相信同行批評，相反結論的文章改名為《論重力波》，轉發表於《》。幾年後，與莱纳·魏斯分別獨立地發表類似點子。1971年，在休斯研究實驗室工作的首先製成臂長8.5m的重力波干涉儀雛型，經過150小時的觀測以後，弗爾沃德報告，並未觀測到重力波。
在美國國家科學基金會催促下，加州理工學院與麻省理工學院於1984年簽署了一份合約，同意合作設計與建造激光干涉重力波天文台（LIGO），並且由基普·索恩、朗納·德瑞福 與莱纳·魏斯組織一個指導委員會共同主持這計畫。1990年，LIGO計畫獲得批准，在路易斯安那州的利文斯頓與在华盛顿州的汉福德分別建造相同的探測器，這是為了刪除缺乏關聯的信號。1994年開始動工， 1999年完工。2002年正式第一次探測重力波，2010年結束蒐集數據。在這段時間內，並未探測到重力波，但獲得了很多寶貴經驗。在2010年與2014年之間LIGO被重新設計與重新建造，改善靈敏度超過10倍以上，升級後被稱為「先進LIGO」，於2015年再次開啟運作。
2016年2月11日，LIGO科學團隊與VIRGO團隊共同宣布，已於2015年9月14日探測到重力波，其源自於離地球410 百萬秒差距（13億光年）之遠的由兩個質量分別為倍太陽質量和倍太陽質量的黑洞合併，最終形成質量為倍太陽質量的黑洞。 2015年12月26日，再次探測到重力波，這次稱為GW151226的事件是源自於離地球440 百萬秒差距（14億光年）之遠的由兩個質量分别為倍太陽質量、倍太陽質量的黑洞合併成為質量為倍太陽質量的黑洞。 2017年1月4日，第三次探測到重力波，波源離地球有880 百萬秒差距（29億光年）之遠，是由兩個質量分别為倍太陽質量、倍太陽質量的黑洞合併後，形成質量為倍太陽質量的黑洞。這事件稱為GW170104。
2017年8月14日，第四次探測到重力波，質量分別為太陽的 倍和 倍的兩個大型黑洞，在大約百萬秒差距（億光年）處合併為一。這次的重力波訊號，是LIGO的兩台重力波探測器和Virgo歐洲重力波探測器，共三台史上第一次同時偵測到。這事件稱為GW170814，類型是雙黑洞合併。新生產的旋轉黑洞大約是我們太陽質量的倍，這意味著大約個太陽質量在合併過程中被轉化為重力波能量。由於是三台同時偵測到，所以可以精確定位訊號在天空中的位置（60平方度）。
2017年8月17日，LIGO與VIRGO首次探測到，在距離地球僅僅1.3億光年之處，兩個中子星因合併而產生的重力波事件GW170817。LIGO與VIRGO的三台干涉儀能夠將訊號在天空中的區域精確定位至28平方度。在重力波被偵測到的1.7秒之後，費米伽瑪射線空間望遠鏡（Fermi）也偵測到短暫的伽瑪射線暴。約11小時之後，位於智利的斯沃普望遠鏡在引力波源區域發現到光學瞬變天文事件，其位於長蛇座的星系NGC 4993。學者認為，兩個中子星相互碰撞，首先產生引力波事件GW170817，然後再產生短暫伽瑪射線暴GRB170817A與千新星AT 2017gfo。重力波與電磁波的首次同時被觀測到，象徵著多信使天文學的新時代已經來臨。
通過時的效應
要了解重力波通過觀測者時的作用，可以想像一個完全平坦的時空區域，裡面有一組靜止的試驗粒子形成一個平面。當重力波沿著垂直於該平面的方向通過這些粒子時，它們就會隨著扭曲了的時空而「十字形」擺動（見右邊動畫）。試驗粒子所包圍之面積不變，而且粒子不會沿波傳遞方向運動。如果軌道呈橢圓形，則振幅本身也會隨時間變化。
正如其他波一樣，重力波也有幾項特徵屬性：{{efn|假設有兩個距離為L的自由落體，重力波的振幅定義為兩者間的距離變化佔原距離的比例∆L/L。振幅與波源四極矩的二階時間導數成正比。
頻率：通常記作f*，波振動的頻率（1除以兩次最大擠壓之間的時間間隔，週期的倒數）。
波長：通常記作λ*，波的兩個最大擠壓處之間的空間間隔。
速度：波傳播的速度。在廣義相對論中，重力波以光速c*傳播。
振幅上限的估算
重力波的光度為一個四極矩對時間作三階導數的函數
:h
:h \sim \frac{2Mv^2}{r}。
注意到这里\frac{M}{r}就是波源外部距离为r处的牛顿引力势，重力波强度与外部引力势\phi_{ext}的比值\epsilon为
:\epsilon \sim 2 v^2。
根据自引力系统的位力定理，这个比值不能大于波源内部牛顿引力势的最大值\phi_{int}。这样得到了一个很方便实用的估算重力波振幅上限的方法。
对于一个在室女座星系团内放出引力辐射的中子星，可估算出其引力辐射的上限为5。几十年来，科學家都利用这种方法來估算重力波探测器灵敏度的最低要求
:f_0 = \sqrt{\bar{\rho} \over 4\pi}
这里\bar{\rho}是波源的能量-质量的平均密度。在双星系统中这个频率和其轨道频率有相同的数量级。
很显然波源的质量M和尺寸半径R决定了它的自然频率，对球体而言有\bar{\rho} = \frac{3M}{4\pi R^3}。对一个质量为1.4倍太阳质量，半径为10千米的中子星，其自然频率为1.9千赫兹；对一个质量为10倍太阳质量，视界半径为30千米的黑洞，其自然频率为1千赫兹；而对于质量为2.5倍太阳质量，位于银河系中心的超大质量黑洞，其自然频率为4毫赫兹，因为其密度反而更低。
波源
重力波的產生，是由於加速度運動及其加速度的變化，且此不可為完美球形對稱之運動（如擴張或收縮中的球體）或對稱之旋轉（如旋轉中的圓盤或球體）。例如，一個啞鈴以其把手鐵桿作為對稱軸旋轉，則不會產生重力波，但如果將其置於地面，以其質心作為圓心旋轉（即旋轉軸垂直於連接啞鈴兩端的把手），則會產生重力波，一支鉛筆的旋轉會否產生重力波，要看其旋轉軸，如果啞鈴的兩端質量極高，就可以模擬中子星或黑洞雙星系統。从重力波的频率估算方法可知，双星系统的辐射频率与其自身密度的平方根成正比关系。地面探测器可探测的双星包括中子星和恒星质量黑洞，LISA则负责探测白矮星等未知双星和超大质量黑洞。
轨道运动辐射的能量会造成轨道的收缩，其结果是观测到发射的重力波频率随时间增加而变大，这种波叫做啁啾（chirp）信号。如果能够观测到啁啾的时间尺度，就可以推算出双星的啁啾质量；进而可以从啁啾质量和观测到的重力波振幅推算出双星到地球的距离，这意味着将有可能进一步藉此测量哈勃常数和其他宇宙学常数。
随着双星系统的轨道衰减逐渐加快，绝热近似不再适用，这样双星系统进入合并态：两颗恒星接近后发生猛烈的接触合并成一个黑洞，并有相当部分的质量以重力波的形式释放（但也有很大一部分质量由于角动量守恒的制约无法离开黑洞视界，从而在黑洞附近形成吸积盘，一般说法认为这有可能会导致伽玛射线暴的形成），这里后牛顿近似方法不适用（参见恒星质量黑洞一節）；这个合并形成的黑洞随后进入自转减缓态，随着引力辐射黑洞的自转频率逐渐降低，最后稳定成一个克尔黑洞。
本质上，双中子星在宇宙中的数量相对稀少，在可观测的范围内它们的数量要少于中子星-白矮星组成的双星系统，更少于宇宙中广泛存在的低频（10−5至10−1 Hz）的双白矮星系统。这些双白矮星在数量上和寿命上都要远大于像PSR B1913+16这样处于轨道收缩态的双中子星。这是由于大多数恒星都具有较小的质量，而大多数恒星又都是双星。据估计，LISA有可能发现上千个这样的双白矮星系统，其发现概率远大于地面探测器对双中子星的探测期望。不过事实上，银河系内太多的双白矮星系统会形成频率低于1毫赫兹的背景噪声，这种背景噪声叫做「迷惑噪声」，它将高于LISA本身的仪器噪声，但这些噪声不会影响对较强的黑洞信号的探测。而河外星系的双白矮星则由于振幅太低，尽管也能够形成高至1赫兹频率的背景噪声，其程度仍然远在LISA的仪器噪声之下。
脉冲星
拍摄的X射线图像，红色部分为可见光图像，其星云中心附近存在一颗年轻的脉冲星PSR J0534+2200，極有可能會被证实为重力波源的天体之一。]]
对于一颗独立自转的中子星（脉冲星）而言，要成為重力波射源，其质量（或质量流）分布必須存在不对称性。非对称性的来源机制包括两类。
第一种情形是相对于星体固定的非对称性，可能的机制包括：
*星体本身即是非完全对称的类球体（例如球状星团Terzan 5内部的脉冲星PSR J1748-2446ad，自转频率716赫兹，是已知自转最快的脉冲星）
*脉冲星的磁场方向与其自转轴方向不一致（例如PSR 1828-11）
*恒星吸积导致的非对称性（典型例子即低质量X射线双星，例如天鹅座X-1）
现在一般认为中子星的壳层不足以支持质量超过10−5倍太阳质量的非对称性。例如，根據估算，LIGO的预期波源PSR J2124-3358的非对称性上限佔总质量的1.1。从这一点估算出的自转减慢态的时间尺度比实际长得太多。因此看来引力辐射并不足以成为中子星自转减慢的主要原因。以蟹状星云内部的年轻脉冲星PSR J0534+2200为例，其非对称性小于总质量的3，重力波的振幅上限约为6；而对于较老的毫秒脉冲星，非对称性只有总质量的10−9左右，如果距离地球1秒差距，估算得到的振幅上限量级为10−28。虽然这些典型的振幅都远低于LIGO的灵敏度，但只要长时间進行测量，就可以找到其对应的相关信号。
第二种情形是非对称的部分相对于星体是运动的，典型的例子即是中子星r模式的不稳定性，也被称作中子星上的罗斯比波（Rossby Wave），这个名称来源于其机制类似于地球表面的科里奥利力。这种情形下，理論計算所得的引力辐射频率為自转频率的4/3倍。
引力坍缩和伽玛射线暴
中子星的形成来源于超新星的引力坍缩，超新星内核的坍缩速率可达每秒七万千米。这种引力坍缩并不是高度对称的，这一点已经在对超新星SN 1987A的观测中得到证实。因此这种引力坍缩会产生一种持续时间很短且无周期性的重力波突发信号，并伴随電子捕獲和中微子输运的过程。但引力辐射的波形和振幅都很难从理论上预测，一般认为只能運用数值模拟的方法。这种突发信号的频带可能很宽，中心频率在1千赫兹；或者有可能是在100赫兹到10千赫兹之间任意一个频率的周期性啁啾信号。理论上估计，如果在室女座星系团之内發生超新星坍縮，而且其发射的能量要大于0.01倍太阳质量，那麼现在的地面探测器就有可能观测到这类事件。
伽玛射线暴是短时间（几毫秒至几分钟）内极高强度的伽玛射线辐射突然爆發事件，按持续时间分为长短两类。根據大多数观测所得出的结论來看，伽玛射线暴很可能是高速自转的黑洞诞生時所产生的。不过这种事件应该并不多见，所以需要一个很广的观测距离（至少约3吉秒差距），以及相当比例的辐射能量。然而，2007年2月发生了一次来自仙女座星系方向的GRB 070201短伽玛射线暴，而LIGO并没有探测到引力辐射的存在。这可能是因为GRB 070201发生地點比仙女座星系更為遥远，但也可能暗示伽玛射线暴并非源于黑洞或中子星的形成过程，而是来自如磁星这样带有极强磁场的软伽玛射线复发源。
恒星质量黑洞
天文学家现在认识到宇宙中存在数量丰富的黑洞，根據質量可分為恒星质量黑洞和位於河外星系中心的超大质量黑洞。这两类黑洞的质量非常不同，因此它们的引力辐射的机制和频率存在很大差别：恒星质量黑洞一般具有10倍左右太阳质量，形成于红巨星或超新星爆发时内部的引力坍缩；大质量和超大质量黑洞的质量则在105至1010倍太阳质量范围内，其形成机制至今还不十分清楚。黑洞双星的自然频率和其质量成反比。这表明恒星质量黑洞的重力波频率在地面探测器的偵測范围内，而超大质量黑洞的重力波只能用LISA这样的空间探测器捕捉到。
恒星质量黑洞的引力辐射一般认为来源于双星系统（其中至少有一个是黑洞）的旋近-合并-自转减缓这一系列过程，这和双中子星等其他双星系统的重力波辐射机制是相同的。在旋近态中，两个黑洞的距离相当远（r\gg 4M），并以很缓慢的速度逐渐接近。這時和所有双星系统一样，后牛顿近似完全足够解决此类问题。不过当黑洞双星的距离逐渐拉近，直到其轨道缩减为最内稳定圆轨道（Innermost Stable Circular Orbit，简称ISCO）时，黑洞掉入彼此的事件視界之内，双星从旋近态向合并态转变。这种相变完全是一種相对论性效应，因此后牛顿近似在这里完全不适用。黑洞的合并必然会伴随著重力波信号的突然發射，目前这种信号只能采用数值相对论模拟的方法來分析，并且有很多实际计算上的困难。而且对于质量超过50倍太阳质量的黑洞，旋近态终止时的频率是最后稳定轨道的公转频率，这个值大概只有黑洞自然频率的0.06倍，约30赫兹。
虽然宇宙间黑洞的数量要低于中子星，但据估计在空间尺度上两个黑洞构成的双星系统数量反而要比中子星的双星系统多，主要是因为中子星的双星系统相对黑洞双星系统而言不容易形成。有说法认为球状星团是以高效率形成黑洞雙星的地方，如果事实如此，那么宇宙间黑洞双星的数量可能会比中子星双星的数量高十倍左右。由于球状星团内部的黑洞质量大于恒星的平均质量，黑洞会逐渐向星团中心运动，在中心三体的相互作用是双星形成的主要机制。值得注意的是，这类双星系统与球状星团的引力束缚并不强，其结果就是双星有可能脱离星团开始独立演化，其稳定时间一般在1010年之内。现在的研究对于恒星质量黑洞的合并几率还不很确定，但一般认为在15兆秒差距的范围内每年至少会发生几次。
大质量和超大质量黑洞
拍摄的双天线星系，星系的碰撞很有可能导致其中心超大质量黑洞的合并]]
来自大质量和超大质量黑洞（即“星系质量”）的引力辐射存在两种形式：一种是超大质量黑洞的合并，另一种情形是大质量黑洞对小质量致密天体的俘获所释放的引力辐射。兩者的合併模式不同，因此所發出的重力波形、理論的預測能力以及偵測方法都有所不同。
星系合併
兩個超大質量黑洞的合併，就是恒星质量黑洞合并的加强版。由于參與的质量很大，其引力辐射的频率很低，但振幅却相当高。因为有效信号振幅和黑洞质量基本成近似线性关系，在相同距离下质量为106倍太阳质量的大质量黑洞的引力辐射振幅约为10倍太阳质量的黑洞引力辐射的105倍（h ~ 10−17）。这意味着空间探测器对于这类信号会具有非常高的信噪比，无论这类波源位于宇宙间哪个角落。现在一般认为在大多数星系中心都存在质量至少在106倍太阳质量以上的大质量或超大质量黑洞，并有证据表明超大质量黑洞的质量与其宿主星系核的质量成正比关系。与恒星不同的是，星系之间发生碰撞的概率相当高，例如蛇夫座的星系碰撞殘留物NGC 6240，當中含有兩個分別來自原星系的超大質量黑洞。在兩個星系合併後，兩者中心的黑洞會逐漸向新形成的星系中心漂移并最终发生碰撞，这一机制说明宇宙间超大质量黑洞合并的几率是相当高的。这种引力辐射可近似为从一个克尔黑洞附近的一个质点放射出的啁啾信号，而质点的轨道有可能是高度偏心的（偏心率接近1）。随着引力辐射系统动能不断减少，这使得轨道的偏心率逐渐降低，在旋近态的后期有可能降低到0.4左右，在这段时间内EMRI的辐射频率稳定在LISA的测量频域之内。其波形包含了黑洞附近的时空几何信息，尤其有可能通过对黑洞质量和自旋的观测来验证黑洞无毛定理。距离最近的事件有可能在红移小于0.1之内，前提是理论研究能够对质点运动的轨道在数十个周期内做出较为精确的预测。但在理论上预测这种轨道并不那么容易，主要原因在于围绕克尔黑洞的高度偏心轨道有可能是混沌的，如果质点的运动轨迹远离黑洞的赤道平面轨道将变得非常复杂，有可能在整个视界内高速游荡。想要准确预测数十个周期内的轨道运动，需要定义好的初始条件以及多达14个用来区分不同运动且足够精确的参数。
大爆炸
重力波自诞生起在宇宙中的传播至今就几乎没有衰减或散射.。宇宙微波背景辐射揭示了大爆炸之后105年的宇宙状况，对太初核合成的研究揭示了大爆炸之后几分钟内的宇宙状况，而重力波的诞生则可以追溯到大爆炸之后小于10−24秒的时间范围之内。对这种引力的观测是重力波天文学最重要的课题之一
: \Omega_{GW} \equiv \frac{1}{\rho_c}\frac{d\rho_{GW}(f)}{d \ln f}
这个量描述了随机重力波的能量密度按频率分布情况，则引力背景辐射的总能流密度由对\Omega_{GW}从频率0至正无穷的积分给出。\rho_c = 3 H^2/8 \pi G是弗里德曼方程下得到的宇宙临界密度值；H是哈勃常数，如果以千米/秒·兆秒差距为单位，现在一般认为这个值在50到65之间。}}。尽管现在还不确定重力波场的能量密度的具体数值，但在当代宇宙学的框架下，背景辐射的能量密度受到太初核合成、微波背景辐射以及脉冲星计时的约束：太高的能流密度会破坏太初核合成理论的成立，太高的能量涨落则与实际各向异性非常小的微波背景辐射不符，而对毫秒脉冲星计时的观测证实了重力波的背景辐射强度不足以高到使脉冲星信号间隔发生可观测变化的程度。如果暴脹理论是正确的，这意味着对所有频率的背景辐射都具有相同的能量密度。这样低的能量密度导致现有的任何探测器都无法捕捉到暴脹的重力波信号。在不同于暴脹的其他模型下，例如宇宙弦（cosmic string）的振动也会产生能量密度与频率无关的引力辐射，而宇宙弦预言下的能量密度达到了当前可观测的量级。而Advanced LIGO在这个频率上的灵敏度预计可达到10−9；LISA在频率1毫赫兹的灵敏度可达10−8，但在实际观测中能否达到这个数值取决于双白矮星等产生的背景噪声是否会将随机宇宙背景辐射淹没。除此之外，r模式的中子星、双中子星和黑洞以及某些超新星爆发都有可能将频率高于0.1毫赫兹的宇宙背景辐射淹没。一般认为来自双星的背景噪声在低于10微赫兹的频率下快速降低，因此微赫兹量级的空间探测器可能是探测宇宙随机背景辐射的最佳手段。
探測
重力波天文学
重力波天文学自20世紀中葉以來逐漸興起，與傳統的電磁波天文學不同的是，它通過測量重力波來研究各類相對論性天體及宇宙現象。重力相互作用對於電磁相互作用來說極為微弱，所以它的直接观测对现有技术而言还是一个很大的挑战。1916年阿尔伯特·爱因斯坦发表广义相对论，在理论上预言了重力波的存在，但之后百年中都未被直接观测到。然而通過各種間接手段，科學家已經為重力波的實際存在定下了強大的理論和實驗基礎。最著名的例子是普林斯顿大学的拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒所發現的赫爾斯－泰勒脈衝雙星（PSR 1913+16）。這一系統的相互旋近現象是重力輻射能夠使系統能量衰減的最佳證據，而兩人也因此獲得了1993年的諾貝爾物理學獎，但在後來的分析驗證中發現無法排除星際塵埃的可能，該研究團隊並於2015年1月30日承認資料判讀有誤。若後續實驗（例如BICEP3）能確切得到重力波效應的成果，將成為宇宙暴脹和大爆炸理論的強烈證據。2016年2月11日，爱因斯坦预言重力波百年之际，激光干涉重力波天文台（LIGO）团队在华盛顿宣布于2015年9月14日9时51分许完成人类对于重力波的首次直接探测，所以重力波天文学对这些暗物质的观测和研究具有重要意义。重力波的另一特點在於它幾乎不與物質進行交互作用。來自遠方天體甚至是宇宙誕生時所產生的重力波至今幾乎沒有发生衰减或散射，这意味着重力波可以作為研究宇宙深处的重要工具。宇宙形成後38萬年，電磁波才開始能夠穿透宇宙的物質，因此在這一堵「墻」以前的宇宙是無法通過電磁波來直接觀測的，重力波也就成為了直接观测大爆炸的仅有工具。
第一架实际投入应用的重力波探测器是1960年代美国马里兰大学的约瑟夫·韦伯（Joseph Weber）制造的铝质实心圆柱，通常称为共振质量探测器或棒状探测器。各國科學家利用該探測器，並沒有取得能令人信服的重力波信號證據。
1970年代后，同樣來自韋伯的激光干涉重力波探测器开始兴起。随着激光和镜面工艺的进步，這種新型的大型重力波探測器在世界各地甚至計劃在太空建造起來，包括：激光干涉重力波天文台（LIGO）、GEO600、TAMA300、VIRGO以及美国和欧洲合作计划中的激光干涉空间天线（LISA），中国规划中的太极计划和天琴计划等等。，最為敏感的探測器位於LIGO和VIRGO天文台，靈敏度高達分之一，可以說是最直接的重力波探测器。最大的激光干涉重力波天文台LIGO主要由加州理工學院和麻省理工学院负责运行，也是美国国家科学基金会资助的最大科研项目之一。VIRGO位于意大利比萨附近，是一架双臂长度为3千米的地面激光干涉探测器，自2007年起开始进行科学观测，並具有和LIGO相媲美的灵敏度。GEO600位于德国汉诺威，双臂长度为600米，其工作带宽为50赫兹至1.5千赫兹。一個稱為Einstein@Home（愛因斯坦在你家）的分佈式計算計劃使公眾能在個人電腦上通過此軟件幫助分析LIGO和GEO600所採集的脈衝星數據。
為了避免地球上眾多的雜訊來源，可通过人造衛星和航天器以高精度測量重力波。例如，科學家通過监测行星际航天器（如圍繞木星和土星的航天器）的通信信号返回时间来观测重力波的特征影响。欧洲空间局正在研究中的LISA項目將由三个相同的航天器组成一个边长为500萬公里的等边三角形，整体沿地球轨道绕太阳公转。這個系統會監測重力波通過任意一個組成衛星時所造成的激光干涉上的變化。
許多脈衝星可以作為極為精確的時鐘。低頻重力波通過地球和脉冲星之间時會造成時空擾動，使地球上的時鐘和脈衝星的計時之間產生偏差。科學家由此已經推導出一些有關隨機背景重力波的信息。
直接探测
2016年2月11日，爱因斯坦提出广义相对论并预言重力波的存在100周年之际，LIGO团队在华盛顿特区召开新闻发布会，宣布LIGO在经过五年的系统升级之后完成人类历史上首个重力波直接探测结果，GW150914。这束重力波的信号于2015年9月14日9时51分（UTC）许被位于利文斯顿和汉福德的两架LIGO激光干涉仪几乎同时捕捉到。根据探测信号，这束重力波来自位于南天的距地球约13亿光年的双黑洞。两个黑洞的质量分别约为太阳质量的29和36倍。它们经过互相旋近后合併为质量约为太阳62倍的黑洞，有约3倍太阳质量的能量在不到1秒的时间内以重力波的形式释出，其峰值功率达到了全宇宙的所有可见光功率的50倍。这次合併发生在约6亿至18亿年前。他们的探测结果的显著性大于5.1σ。
進階理論
阅读本节需要了解电动力学和广义相对论的基本概念，可直接参阅有关书籍。
线性爱因斯坦方程
广义相对论预言下的重力波是以波形式传播的时空扰动，被形象地称为“時空漣漪”。广义相对论下的弱引力场可写作对平直时空的线性微扰：（以下采用自然单位，引力常数G和光速c都設為1）
能量
四极矩近似下重力波的光度（总辐射功率）为
: L_{GW} = \frac{1}{5} \left( \sum_{i, j} \frac{\operatorname{d}^3 Q_{i j}} {\operatorname{d} t^3} \frac{\operatorname{d}^3 Q_{i j}} {\operatorname{d} t^3} - \frac{1}{3} \left( \frac{\operatorname{d}^3 Q} {\operatorname{d} t^3} \right)^2 \right)
这里Q是张量矩阵Q_{i j}的迹。
重力波的能量通量（单位面积的辐射功率）近似为
: F_{GW} \sim |\dot h|^2 \sim f^2 h^2
这里f是单色重力波的频率。
思考一個地面探測器可以感測到的微弱輻射暴，其频率为1000赫兹，到达地球时的引力强度為10-22的重力波，則其能量通量约为3 \times 10^{-3} W/m^2 ，这相當於满月时地球從月球接收到的电磁辐射能量通量的两倍，大約有1ms之久，這重力波源是夜間天空最亮的星體。这表明重力波实际可以携带很大的能量，但与物质相互作用力非常小，这才是重力波难以被探测的根本原因。
註釋
參考資料
參見
*廣義相對論
*引力場
*重力波天文學
*霍金輻射
*軌道共振
*稳态理论
*潮汐力
外部連結
*
*[https://web.archive.org/web/20150111175400/http://brownbag.lisascience.org/ The LISA Brownbag]，所有有關LISA科學研究的最重要的電子文獻之選錄
*[http://arquivo.pt/wayback/20160314152446/http://www.astroparticle.org/ Astroparticle.org]，收錄包括重力波在內一切有關天體粒子學的資訊
*[https://web.archive.org/web/20060721201701/http://elmer.tapir.caltech.edu/ph237/CourseMaterials.html Caltech's Physics 237-2002 Gravitational Waves by Kip Thorne]，由基普·索恩所給的有關重力波的講座系列，研究生水平，但不須先擁有廣義相對論、張量分析或微分幾何的固有知識。第1部份：理論（10堂講座），第2部份：探測（9堂講座）
*[http://www.astronomycast.com/astronomy/ep-71-gravitational-waves www.astronomycast.com January 14, 2008 Episode 71: Gravitational Waves]
*[http://www.ligo.caltech.edu/ Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory] （激光干涉儀重力波天文台）LIGO實驗室，由加州理工學院和麻省理工學院運作
*[http://www.ligo.org/ The LIGO Scientific Collaboration] （LIGO科學合作團隊）
*[https://web.archive.org/web/20140209124317/http://www.ligo.caltech.edu/einstein.ram Einstein's Messengers]（愛因斯坦的信使）有關LIGO的影片，由美國國家科學基金會製作
*[https://www.youtube.com/watch?v=jMVAgCPYYHY TED：What the discovery of gravitational waves means] TED Talks: Allan Adams有关重力波演讲
*[https://www.youtube.com/watch?v=0txtVkBUdSQ TED：How LIGO discovered gravitational waves] TED Talks: Gabriela González解释LIGO探测重力波
*[http://einstein.phys.uwm.edu/ Home page for Einstein@Home project] ，LIGO的一項分佈式計算計劃，旨在尋找重力波
*[http://arxiv.org/abs/gr-qc/0211084 Resource Letter GrW-1: Gravitational waves] ，為研究重力波而彙編成的一系列書籍、刊物和網絡資源
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