向物理学家们提问

问：引力波会扭曲时间和空间吗？我能理解空间的扭曲以及如何去测量其差异，但你们如何能够知道时间的扭曲是否会影响 LIGO 中的激光束？
——由来自美国的 Dave 提交

答：你可以说引力波会扭曲时间和空间，但更精确的说它们扭曲的是时空，而你看到的究竟是单纯空间或单纯时间的扭曲，还是空间和时间的某种组合，依赖于你自己是如何移动的(也就是你所在的参照系)。

这个问题的常见版本类似于：“昨天你们说 LIGO 的臂长为4公里，然后在引力波扭曲了空间后这个长度改变了一丁点。而今天你们又说因为引力波扭曲了时间，导致激光的频率发生了一丁点的改变。但如果光速是恒定的，频率的改变将带来的波长的改变。而如果波长和臂长的改变是相对应的，你们怎么知道是不是本来就什么改变都没有发生过？”

昨天我的答案在一个参照系中是正确的，而今天我的答案在另一个参照系中也是正确的。你可以找到一个臂长改变而波长不改变的参照系，你也可以找到一个波长和频率改变但臂长却不改变的参照系，但你永远找不到一个参照系其中波长和臂长的改变是可以相一致的。仪器真正测量的是腔臂长度所对应的波长数或者说激光在腔臂内传播的波长周期的数目，而这个数目在所有参照系中都是相同的。

这个答案的背后下是相对论的原则：无论一个参照系如何移动，其中基本的物理观察都是相同的。因此你可以选择一个参照系以便你可以更方便地进行计算，或者选择另一个参照系以便你可以更容易地解释某个现象。或者将在一个参照系得到的结果用在另一个参照系中。这种切换在物理学家们做计算时是非常方便的，也就很快变得非常自然，因此有时我们甚至会忘记它看上去可能会让人感到困惑！