電磁相互作用力的大小在庫倫定律（Coulomb's law）中有所記述嘱朽，即兩個電荷之間相互作用力的大小同它們電荷量的乘積成正比垮卓，與它們距離的平方成反比尘分。這一內容與牛頓提出的萬有引力定律中的表述相同: 引力的大小與兩個物體質量的乘積成正比搁宾，與它們之間距離的平方成反比猎唁，不同的是恒水，這兩個定律一個基于電荷一個基于質量会放。在這里，電磁相互作用力表現(xiàn)出的與電荷乘積成正比的這一性質與萬有引力所表現(xiàn)出的性質有所不同钉凌，引力是一種在兩個有質量的物質間起作用的力咧最，在這一前提下負質量（Negative mass）是不存在的，引力只對無時無刻不在拉扯中的牽制力發(fā)生影響御雕。

雖然如此矢沿，但人們心中對于負質量的熱情與關注并未減退，哪怕負質量在現(xiàn)實中并不存在酸纲，“但假如負質量真的存在呢……”這種想象如同一顆種子捣鲸，在想要滿足好奇心的人類面前無疑散發(fā)著熾人的魅力。正因如此闽坡，對于負質量（或是負能量）的研究在很早以前就已展開栽惶，并成為理論學家們的主要研究課題。但為什么引力只對互相牽引的力產(chǎn)生影響呢疾嗅？這一疑問說明我們對引力仍然缺乏根本上的認識外厂。

無論是在最近的熱門電影《星際穿越Interstellar》（2014）中，或是更早前由天文學家卡爾·薩根（Carl Saga1934-1996）的小說改編成電影的《接觸contact》（1997）里上演的蟲洞（wormhole）旅行, 還是在《星際迷航star trek》（2009代承，2013）中登場的可實現(xiàn)恒星跳躍的高速促進裝置曲率引擎wrap drive汁蝶，以及《回到未來Back to the Future》（1985）等影片中出現(xiàn)的時間旅行time travel, 都展現(xiàn)了假設負質量或是負能量存在的情況下人類將會獲得的科技紅利，這也許可以看作是承載著人類美好愿望的想象力結晶论悴。

現(xiàn)代物理學決定同前面提到的其他三種自然力一樣掖棉，試圖也從媒介粒子的角度來詮釋引力席爽，迄今為止學者們也還在進行著相關嘗試。因為引力與其他三種自然力有本質上的不同啊片，所以很難用同樣的理論一語概之只锻，為了解決這一問題，人們在過去做出了各種各樣的理論嘗試紫谷。但即便如此齐饮，時至今日關于包含引力在內的四種自然力的統(tǒng)一論述也是理論物理學需要解決的歷史課題。最近笤昨，我們通過宇宙正在加速膨脹這一發(fā)現(xiàn)了解到祖驱，宇宙的大部分空間中都充溢著一種叫做暗能量dark energy的不明物質。暗能量將違反能量條件的停滯物轉化為不可知的能量瞒窒，并占據(jù)了宇宙的大部分空間捺僻， 這個發(fā)現(xiàn)說明了一個事實，那就是在構成宇宙的物質中崇裁，我們所了解的物質還不到4%匕坯，也就是說，通過我們現(xiàn)在所掌握的引力相關理論知識所能探究到的內容不過是宇宙這個龐大冰山的零星一角拔稳。

人類夢想擺脫引力桎梏的歷史由來已久葛峻，自由翱翔于天際便是這夢想的寫照，希臘神話中伊卡洛斯的翅膀更是人類飛天夢的證明巴比。到了近代术奖，萊克兄弟開始真正在天空中飛翔，而近現(xiàn)代轻绞，豐富多樣的飛行工具（氣球采记，滑翔機，飛機等）讓人類在受到引力影響的同時也克服了引力政勃，這可以說是人類實現(xiàn)飛天夢的文明中耀眼的一環(huán)唧龄。在現(xiàn)代文明中，雖然人類借助科學文明的力量克服了一小部分來自引力的影響稼病，但并不能完全掙脫引力的束縛选侨，享受真正意義上的自由。由于我們還未能窺見引力的本質然走，因此像在SF（科幻）電影中出現(xiàn)的利用曲率引擎或是蟲洞來旅行這樣完全自由地操控引力并且無拘無束生活的場景是不會出現(xiàn)在現(xiàn)實生活中的援制。

到了現(xiàn)代，關于引力的理解以愛因斯坦的廣義相對論為依托得到闡述芍瑞。這一理論與我們的觀察非常一致晨仑，也在物理學，天文學的很多實驗和觀察中得到證實。雖然如此洪己，在今天我們仍然渴望能夠簡明扼要地透析這一力量的本質妥凳。因為在當代引力理論所無法解釋的理論和觀測結果之間，還存在著一些偏差答捕。

比如像黑洞這樣的極端重力場周圍的物理學逝钥，或是現(xiàn)代宇宙論中觀測到的暗能量這種神秘又模糊的存在。另外拱镐，我們?yōu)榱藬U大對宇宙的理解而提出的根本性疑問（時間的本質艘款，宇宙誕生的歷史和過程，為什么我們生活的宇宙是四次元時空等）也是廣義相對論無法解答的沃琅。要回答這些問題哗咆，我們需要掌握比廣義相對論更加深遠的理論，或是掌握引力的量子理論所要求的最尖端的物理學知識益眉。為了克服這種偏差晌柬，物理學家們從幾十年前就開始為構建引力的高層理論而做出努力。

盡管如此郭脂，廣義相對論也為記錄星辰和恒星的運動帶來了驚人的成果年碘，為我們了解宇宙提供了可靠的理論基石。無數(shù)的實驗和觀測結果證明了廣義相對論的地位朱庆，也為它的精妙提供了無可辯駁的證據(jù)盛泡。但即便如此，該理論中仍然還剩一個亟待實驗證明的預測娱颊，那就是愛因斯坦早在1916年提出的"引力波"的存在。這一預測終于以近年來直接探測到的結果而獲得成功證明凯砍，而這距離理論預測的提出已然過了100多年箱硕。人類在過去的50余年中為了探測引力波的存在付出了堅持不懈的努力，我們在全球范圍內設立引力波探測器悟衩，希望借此直接探測到引力波信號剧罩，除此之外，很多大型的實驗項目也正在開展之中座泳，在未來惠昔，我們還計劃進行規(guī)模更加龐大的引力波探測實驗。

本書旨在介紹愛因斯坦預測的引力波這一概念挑势，以及為了直接探測到引力波人類在歷史長河中所做出的各種努力镇防，本書也會討論最終被成功證實的這一科學成果將會給人類描繪出怎樣的未來。本書第一章以歷史事件為中心潮饱，介紹并淺層探討牛頓的引力理論及愛因斯坦的廣義相對論来氧，并對廣義相對論中所預測的引力波的本質和其能被實驗手段探測到的可能性做出介紹。第二章講述開展引力波探測實驗第一人的約瑟夫·韋伯所做出的先驅努力和相關歷史事件，并以"棒狀引力波探測器"為起點啦扬，講述引力波探測器的發(fā)展史中狂。

第三章講述建設激光干涉引力波天文臺LIGO laser interferometer gravitational wave observatory 的相關歷史，該天文臺為"激光干涉儀"引力波探測器扑毡，是約瑟夫·韋伯的引力波探測器的新型替代裝置胃榕，也是現(xiàn)代最有可能探測到引力波的大型工程。第四章講述激光干涉儀是如何發(fā)展為直接探測引力波的最有力項目瞄摊，以及迄今為止在啟動LIGO的十余年間引力波探測的相關成果勤晚。

第五章講述高新激光干涉引力波天文臺（Advanced LIGO）投入使用后，科學家們在探測到引力波信號后所做出的努力泉褐。本章節(jié)特別按照時間的順序赐写，講述了LIGO科學合作組織是如何捕捉引力波信號，如何證明其為引力波信號膜赃，以及如何推導出最終結果的過程挺邀。縱觀圖書市場跳座，將科研成果的研究過程按時間順序生動地鋪展在讀者面前的本書應屬首例端铛。而隨著閱讀接近尾聲，讀者也能和書的內容一起見證這個劃時代發(fā)現(xiàn)的誕生疲眷，這對于本書的讀者來說禾蚕，無疑是一種幸運的閱讀體驗。

第六章作者站在物理學和天文學的立場上講述成功探測出引力波所帶來的福利和影響狂丝，也對由之產(chǎn)生的科學上的可能性進行了展望换淆。另外，本章也講述了現(xiàn)在地球上正在進行或即將進行的新一代引力波探測項目的現(xiàn)狀几颜，以及在韓國進行的引力波探測的相關研究內容倍试。