這個問題非常不簡單！事實上，發現引力波的團隊所做的演示引力波的空間扭曲的形變的影片就是用的地球的伸縮扭曲（https://www.ligo.caltech.edu/video/ligo20160211v5），而LIGO實際上探測到了引力波，就是利用了引力波到達使得幾十公斤的鏡子（用來反射鐳射而測量鏡子的運動）振盪起來了。但是我們都知道，任何物體運動起來都得克服其慣性消耗能量，要使得幾十公斤的鏡子振盪起來，很顯然引力波得傳遞能量給這個鏡子。由於LIGO測量到的是鏡子做了僅僅是大約質子的直徑千分之一的振盪，當然這個能量實在是非常小。

但是引力波的“強度”實際上是相對尺度的變化，也就是鏡子的振盪幅度正比於所測量的基線的長度。例如，如果把LIGO的管道的長度增加很多倍，比如整個地球的直徑（LIGO團隊提供的引力波測量的動畫中，整個地球就是扭曲起來了，如前面連結的影片所示），甚至如果把LIGO放到太空中讓鏡子相對鐳射光源幾百萬甚至上千萬公里（類似計劃中的歐洲的LISA、中國太極和天琴等專案），那麼測量到的鏡子振盪的幅度就得按比例增加，豈不是引力波傳遞給同樣的鏡子的能量就大大增加了？如果考慮相距很遠的另外一個星系裡面的鏡子的運動呢？僅僅改變了測量的方式，測量到的引力波傳遞給鏡子的能量就變了！實際上，那個星系裡面鏡子的運動應該和那個星系的運動一樣，整個星系都跳起舞了，那得多大的能量？

這看起來非常荒謬怪異是不是？而這就是廣義相對論所預言的引力波的性質！

就這個看起來很荒謬怪異的悖論，我曾經請教過國內外多位廣義相對論的專家，得到的回答大致是以下幾種：1）反正傳遞給鏡子的能量也很小，管他是多少呢，無所謂！2）鏡子實際上沒有動，沒有真的傳遞能量，實際變化的是度規，所以能夠測量到鐳射干涉訊號的變化。3）目前的計算忽略了鏡子的質量，如果考慮了鏡子的質量，計算就會很複雜，也許不同管道的長度情況下結果會稍微有所不同。

以上幾種答案我都不滿意。對於答案1），很顯然就是沒有回答問題。對於答案2），如果鏡子沒有動，怎麼會測量到干涉訊號的變化呢？而且LIGO團隊自己的解釋就是鏡子在振盪和地球在扭曲。對於答案3），目前的計算並不是忽略了鏡子的質量，而是鏡子的質量即使增加很多，它的運動所產生引起的時空變化和引力波訊號相比也是完全可以忽略不計的，而且振幅和基線長度成正比是廣義相對論的基本預言，不依賴於鏡子的質量。

那麼到底鏡子動了沒有、到底地球扭曲了沒有？如果動了、扭曲了，怎麼解釋上面的矛盾呢？

我在最近的一個會議上，請教了國際上引力波領域的權威學者之一Bernard Schutz教授，德國愛因斯坦研究所前任所長，現為英國卡迪夫大學物理學教授，也是LIGO合作組的重要成員之一。同時，他也是國際空間引力波探測計劃LISA（Laser Interferometer Space Antenna）的科學組成員，負責協調LISA專案的發展規劃。他給我的回答直截了當：這個鏡子相對於遠處的觀測者的確動了，因此可以用鐳射干涉測量到它的振盪，但是相對於它所處的空間，它沒有動，實際上動的是空間。

聽明白了嗎？肯定沒有！那我就解釋一下他這句話的深刻道理。愛因斯坦廣義相對論的物理基礎是建立在等效原理上的，也就是說，在引力場中的自由落體運動（也就是除了引力之外沒有其他力的作用，也包括兩個天體在引力的作用下相互繞轉的運動）的實驗室裡面的物理過程和自由空間中完全不受力的實驗室（也稱為慣性參照系）裡面的物理過程是一樣的。根據等效原理，愛因斯坦得到結論，所謂引力，就是質量引起的時空扭曲的效應。對於外面的觀測者，兩個物體相互繞轉沒有走直線，但是它們卻是在彎曲的時空裡走了最短的路徑（就是測地線）。

地球和其它行星繞著太陽轉是因為太陽周圍的時空彎曲了。

所以當引力波到達LIGO的鏡子的時候，鏡子所在的地方的空間就產生了扭曲，鏡子為了在扭曲的空間裡保持靜止，只好相對於遠處的觀測者振盪起來了，而這個振盪並沒有消耗引力波的任何能量，實際上是引力波讓空間振盪起來了，無論什麼東西在這個空間裡面都得振盪，但是這個東西的振盪不消耗任何能量，因為它相對於它所處的空間並沒有運動，只是空間相對於遠處的觀測者（鐳射器）在振盪，所以用鐳射干涉儀就能夠測量到鏡子的振盪。

空間膨脹能夠產生超光速“運動”。

實際上，鏡子的振盪的道理和宇宙的膨脹差不多。宇宙的膨脹實際上是就是空間的膨脹，天體相對於它所處的空間並沒有怎麼動，我們測量到的天體的膨脹或者退行速度在紅移達到1.5的時候就已經是光速了，而這才是離我們很近的這一部分宇宙，更遠的、也就是絕大部分宇宙的天體的膨脹或者退行速度都遠遠大於光速。很顯然，這不可能是天體的實際運動速度，只能是空間膨脹的“相對”速度。因為空間的膨脹是一個事件，不同地方的空間之間的相對膨脹並沒有因果關係，相對膨脹的速度超過光速並不違反狹義相對論或者任何其他物理規律。當然天體隨著膨脹的空間一起膨脹並不需要任何能量，和LIGO的鏡子一樣。

首先假設引力波觀測結果是正確的。我理解的引力波是光速傳播過來的，但其頻率與引起空間介質震盪漣漪的天體相互扭曲空間的頻率有關吧？ 100光年外引力波源傳過來的引力波，我們經過100年才接收到那種輕微的抖動。 但這個問題的字面意思似乎把引力波理解成水波一樣以光速衝擊地球，而地球以光速進行收縮。這顯然是常識性錯誤，我們可以這樣假設， 地球如果就在那波源附近， 那近距離感受引力波就可以忽略光速傳播這條性質，實際上你感受到就是那種抖動感。 另外，題目所說的如果有質量的物體以光速進行機械振動，那麼該物體會被空間撕碎…