当黑洞碰撞时，会产生地球上可探测到的引力波。尽管爱因斯坦在1916年提出了理论，但直到2015年才被直接观测到。现代研究将旧模型与新数据进行了对比，揭示了这些波确实相互作用。这些知识完善了我们的模型，并挑战了广义相对论在解释黑洞特性方面的全部范围。

当两个黑洞相撞时，撞击是如此之大，以至于我们在地球上都能探测到。这些物体是如此巨大，以至于它们的碰撞会在时空中产生涟漪。科学家称这些涟漪为引力波。尽管爱因斯坦早在1916年就预言了引力波的存在，但物理学家直到2015年才在LIGO(激光干涉仪引力波天文台)直接探测到引力波。现在，由能源部科学办公室和其他几个联邦机构支持的科学家们正在努力更好地了解这些引力波，以及它们能告诉我们的关于黑洞的信息。

黑洞碰撞的复杂性

除了非常强大之外，这些碰撞具有令人难以置信的复杂物理特性。为了准确起见，计算机对它们的模拟也必须很复杂。模拟需要包括过程的每一步:黑洞相互旋转，合并，成为一个扭曲的黑洞，然后沉淀成一个单一的黑洞。这个过程非常复杂，科学家们需要超级计算机来进行模拟。

两个黑洞即将合并，这张照片来自模拟极端时空，或SXS，使用超级计算机合作制作的模拟。当黑洞一起旋转时，它们会在空间和时间上产生涟漪，即引力波。来源:SXS Lensing/模拟极端时空协作

然后，物理学家将这些模拟的数值数据与该过程的模型进行比较。旧版本的模型显示，引力波不会相互影响或相互作用。然而，科学家怀疑这是不准确的。想象两个人挨着站在游泳池里，掀起波浪。如果它们中的每一个都产生非常小的波，这些波就有可能不会相互干扰。它们在相互作用之前就会灭绝。但是，如果两个人都在制造巨大的波浪，波浪会相互撞击并产生新的波浪。科学家们知道碰撞会产生强烈的引力波，他们认为它们会相互作用——只是没有出现。

对引力的新认识信号波相互作用

来自加州理工学院(Caltech)、哥伦比亚大学、密西西比大学、康奈尔大学和马克斯普朗克引力物理研究所的一组研究人员对这些数值输出进行了新的、更详细的分析。这项分析显示了引力波相互作用的证据，正如预期的那样。每一波都会引起其他波的轻微变化。这种相互作用产生了具有独立频率的新型波。这些新的波浪比原来的波浪更小，更混乱，更不可预测。通过在模型中包含这一特征，科学家们可以更准确地描述数字输出告诉他们的内容。

利文斯顿实验室。来源:LIGO实验室

将这些相互作用添加到黑洞碰撞模型中，将使模型更加精确。反过来，这些模型将帮助我们更好地解释现实世界的观察结果。模型越精确，对解释LIGO的数据就越有用。

此外，更好的模型可以帮助科学家弄清楚广义相对论是否是解释黑洞中实际发生的事情的正确理论。虽然广义相对论——爱因斯坦提出的著名理论——广泛地解释了引力如何影响时空，但这一理论如何适用于黑洞的奇怪特性仍有待确定。

对我们理解宇宙的启示

黑洞碰撞距离地球和我们的日常生活远得难以想象。虽然我们自己无法感受到引力波，但科学家们每天所做的数据和模型正在扩展我们对这些令人难以置信的现象的认识。