引力波
歷史

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」。
發表後，愛因斯坦所使用的近似與假設則引起了學界更多的疑問，甚至連愛因斯坦自己也對自己的推導出缺乏信心。1922年，亞瑟·愛丁頓指出在愛因斯坦的三種重力波中，有兩種在不同座標系統中推導出的傳播速度不相同，暗示著重力波能以任意速度傳播，愛丁頓詼諧地稱它們以「想像的速度」傳播。因此學界也開始質疑，對於剩下的橫橫波－愛丁頓所證不論任何座標系統下，橫橫波皆以光速傳播－是否具有物理意義。
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》的主編將原稿交給霍華德·羅伯遜（英语：）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《富蘭克林會社期刊（英语：）》。1956年，英國理論物理學者菲立克斯·皮拉尼（英语：），在論文《論黎曼張量的物理意義》裡，則補救了原理論中使用不同坐標系得到的不同結論，並將其改寫為可供觀察的黎曼曲率張量來表達重力波，此方法能夠迴避因座標系產生的難題，並且展示出，粒子會在重力波通過時來回震盪。
皮拉尼的論文並未獲得重視，因為當時學界正專注於另一問題：重力波是否傳輸能量？在北卡羅萊納大學教堂山分校舉辦的「第一次廣義相對論大會」中，理查·費曼提出一個思想實驗，名為黏珠論點（英语：），其表明，假設在一根棍子上有兩粒自由滑動的珠子，而這根棍子垂直於重力波的傳播方向，則重力波會使得串珠沿著棍子震盪，串珠與棍子會因接觸摩擦而產生熱能，表示重力波在做機械功，因此重力波會傳輸能量。
教堂山會議之後，約瑟·韋伯（英语：）設計並建成第一個重力波探測器，知名為韋伯棒。1969年，他聲稱，首度探測到重力波的信號。且於隔年表示，經常探測到源自於銀河系中心的重力波訊號。然而這引起學界質疑此實驗的合理性，因按其結果推算的能量損失速度，本銀河系的年齡應遠短於所推測的年齡。這些質疑到了70年代中期變得合理，因很多其他實驗團隊無法從自己的韋伯棒中證明實驗的再現性，因此到了1970年代晚期韋伯的實驗結果已被學界公認為是有謬誤的。
但，重力波存在的間接證據大約也在同時期出現，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，此也使得兩位物理學家在1993年獲得諾貝爾物理學獎。1979年，在脈衝星計時觀測中發現，這個雙星系統在互相公轉時，由於散發重力輻射而失去能量及角動量，導致彼此距離逐漸靠近，此與廣義相對論的預測相符合。。
這個間接證據刺激了更多的研究，即使在韋伯的實驗失敗後，一些團隊致力於改良韋伯的實驗，另外有一些團隊則研究用其他方式來偵測，俄國物理學者麥可·葛特森希坦（英语：）與弗拉基斯拉夫·普斯投沃特（英语：）於1962年，發表使用干涉儀來探測重力波的方法。幾年後，約瑟·韋伯（英语：）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羅伯特·弗爾沃德（英语：）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7001360000000000000♠36+5
−4倍太陽質量和7001290000000000000♠29+4
−4倍太陽質量的黑洞合併，最終形成質量為7001620000000000000♠62+4
−4倍太陽質量的黑洞。這事件稱為GW150914。 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7001142000000000000♠14.2+8.3
−3.7倍太陽質量、7000750000000000000♠7.5+2.3
−2.3倍太陽質量的黑洞合併成為質量為7001208000000000000♠20.8+6.1
−1.7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7001312000000000000♠31.2+8.4
−6.0倍太陽質量、7001194000000000000♠19.4+5.3
−5.9倍太陽質量的黑洞合併後，形成質量為7001487000000000000♠48.7+5.7
−4.6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7001305000000000000♠30.5+5.7
−3.0 倍和7001253000000000000♠25.3+2.8
−4.2 倍的兩個大型黑洞，在大約7002540000000000000♠540+130
−210百萬秒差距（7001180000000000000♠18+4
−7億光年）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7001532000000000000♠53.2+3.2
−2.5倍，這意味著大約7000270000000000000♠2.7+0.4
−0.3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GRB170817A（英语：）。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AT 2017gfo（英语：），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。