提出
原初引力波廣義相對論提出近百年來，源於它的其他重要預言如光線的彎曲、水星的近日點進動以及引力紅移效應等都被一一被證實，而引力波卻始終未被直接探測到，問題就在於其信號極其微弱，技術上很難測量，因此也有人將之戲稱為“世紀懸案”、“宇宙中最大的徒勞無益之事”。
從經典力學到相對論
偉大的科學家牛頓結合了另外三位偉大的科學家哥白尼(1473-1543)、克卜勒 (1571-1630)和伽利略(1564-1642)的理論提出了萬有引力定律，解決了許多他那個時期的難題，包括潮汐產生的原因，地球和月亮的運動，以及彗星的軌道問題。然而牛頓的理論雖然解釋了什麼是引力，但是在隨後的300年中，引力產生的原因仍然是個謎。隨著科學家們發明出更好的天文學工具，他們發現他們的觀察結果跟牛頓理論預言的有些微小的差別。比如說，牛頓理論對於水星運行軌道的預測與實際觀察的結果稍微有些不同。此外，牛頓的理論也不能對如下問題作出一個令人滿意的解釋，那就是：如果太陽突然消失，那么將會發生什麼事？
根據牛頓的理論，整個宇宙都會立刻覺察到太陽的消失。這就意味著所有環繞太陽運行的行星都會沿切線方向飛離環繞軌道。對於這個問題，愛因斯坦給予了更加詳細的說明，他認為離太陽越遠的行星會越遲知道太陽消失了，所以較近的行星會先飛離繞日軌道。但是在19世紀末期，大多數科學家都認同於當時對於宇宙的描述。實際上，他們中的大部分都認為物理學的研究已經相當完善，所剩下的只是將一些細枝末節了解清楚而已。但問題是這些所謂的“細枝末節”都是些不能用當時的理論給予解釋的觀測或實驗結果。其中之一就是，實驗中對光速的測量結果總是每秒30萬公里(也就是時速18.6萬英里)。因此，科學家們認為，因為地球是在圍繞太陽運行，如果我們沿不同方向測量光的速度，將得到不同的結果。1895年，阿爾伯特·麥可遜和愛德華·莫雷進行了這個實驗，但卻出乎意料地末能發現光在不同方向的傳播速度有任何的差異。對於這個現象，當時的人們無法根據他們當時的理論給予解釋，直到1905年，阿爾伯特·愛因斯坦給予了準確的解釋。他認為不同於車的速度，光的速度是恆定的，不會隨觀察者的移動而變化。換句話說，即使你跑得非常快，也無法追上光。愛因斯坦的狹義相對論中第一條定律就是光速是恆定的，完全不依賴於觀測者及光源的速度。在接下來的幾年裡，愛因斯坦繼續研究狹義相對論的細節。這時，他開始考慮怎樣將牛頓的引力理論溶入到新理論中。
相對論對引力波的預言
愛因斯坦認識到,在地球上自由下落的人就像太空中的太空人一樣感覺不到地心引力的作用。而且在恆定加速上升的火箭中，人將感受到和坐在地球上的人相同的引力作用。愛因斯坦的廣義相對論的基本假定是地球上的物體感受到的地心引力、遠離大質量物體和恆定加速的物體所感受到的力是完全相同的。然而，既然兩種力是相同的，那么物理學法則在兩種情況下也就都是適用的。因此愛因斯坦發現這需要修改對引力的定義。但是引力到底該怎么定義呢？愛因斯坦認為引力並不是牛頓所想的那樣。他認為物體之所以會互相吸引是因為重的物體扭曲了時空，其它物體則選擇了扭曲時空中的最短路徑。愛因斯坦通過數學方法發現時空結構是彈性的，就像蹦床。如圖1所示，所有的物體都躺在這個蹦床上，並使蹦床發生變形，稱為時空畸變。時空畸變的大小與物體質量有關，質量越大變形越大。物質集中的地方是引力場“濃密”的地方，也是時空彎曲最大的地方，這種時空彎曲產生質量的吸引效應就是萬有引力。由於時空彎曲，兩點間的最短程線不再是直線，而是一條沿著引力場走向的曲線。這一現象已通過觀測來自遙遠恆星的光線而得到證實。如果一個巨大的物體正好位於地球與恆星之間，那么來自恆星的光線就會受到時空彎曲的影響，它的傳播路徑就會被扭曲而偏離一定的角度。這種效應還會形成一種有趣的引力透鏡現象，它使遠處的恆星變得更亮，有時還會形成雙像。如果這個物體是一個黑洞，那么光線就會被吸到引力阱中再也出不來了。
探測
科學家找到宇宙早期引力波存在證據引力波存在的最初證據來1975年普林斯頓大學的拉塞爾·赫斯和約瑟夫·泰勒發現的脈衝雙星-PSR1913+16（也被稱作PSRB1913+16）。這一系統由在一個密近的偏心軌道上鏇近的兩顆中子星構成，是首個被發現的脈衝雙星，從發現至今已被觀測了三十多年。脈衝星是一個穩定的時鐘，這使得人們能夠運用非相對論的數據分析方法從脈衝信號的抵達時間推算出系統軌道的基本參量（如橢圓軌道半長軸的投影、偏心率等）。而從廣義相對論導致的抵達時間變化能夠推算出與相對論效應有關的參量（如近星點的進動角速率、引力紅移等）。從這些參量可以進一步推算出雙星系統的傾斜度、質量等（得到的兩顆恆星質量都在1.4倍太陽質量左右）。引力輻射導致的系統動能損失表現為雙星軌道的衰減，進一步表現為軌道運動周期的逐漸降低，理論計算得到的每秒鐘內的周期變化為-2.40242±0.00002×10秒。這一理論預言和實驗觀測結果符合得相當好，而實驗觀測誤差則低於1%。迄今為止，人類從引力輻射角度對愛因斯坦方程正確性的驗證中，這個實驗是精確度最高的。但是它只是間接證實的了引力波的存在。
2014年3月18日，美國物理學家宣布首次觀測到宇宙原初引力波存在的證據。這一發現如獲證實，將是物理學界裡程碑式的重大成果。
美國哈佛-史密森天體物理學中心等機構物理學家利用架設在南極的BICEP2望遠鏡，觀測宇宙大爆炸的“餘燼”——微波背景輻射。微波背景輻射是由瀰漫在宇宙空間中的微波背景光子形成的，計算表明，原初引力波作用到微波背景光子，會產生一種叫做B模式的特殊偏振模式，其他形式的擾動，都產生不了這種B模式偏振，因此B模式偏振成為原初引力波的“獨特印記”。觀測到B模式偏振即意味著引力波的存在。
南極是地球上觀測微波背景輻射的最佳地點之一。研究人員在這裡發現了比“預想中強烈得多”的B模式偏振信號，隨後經過3年多分析，排除了其他可能的來源，確認它就是原初引力波導致的。研究共同作者、明尼蘇達大學的克萊姆·普賴克說：“這就好像要在草堆里找一根針，結果我們找到了一根鐵撬棍。”
意義
原初引力波的發現是證明宇宙大爆炸理論成立的首個確鑿證據。引力波奠定了標準宇宙學一項關鍵理論的堅實基礎，這就是暴漲理論。該理論指出宇宙在誕生之初曾經經歷了短暫的劇烈膨脹。
在暴漲階段，宇宙的溫度——也即其中粒子所含的能量，超過目前世界上任何實驗室所能達到最高值的數萬億倍，甚至也超過了大型粒子加速器，如設在瑞士日內瓦附近的大型強子對撞機(LHC)中的粒子能量。
由於暴漲是一種量子現象，而引力波是經典物理學的一部分，因此這一現象構建起了聯繫這兩大領域的一座橋樑，也將成為首個證明引力也和其他自然力一樣具有量子本質的證據。
對相對論的意義
愛因斯坦“廣義相對論”實驗驗證的最後一塊缺失的拼圖被找到。至此，在廣義相對論提出第99年後，愛因斯坦基於廣義相對論提出的最後一個預言也被實驗證實。
對天文學的意義
與基於電磁波觀測的傳統觀測天文學不同，引力波天文學具有如下特點：（1）引力波直接聯繫著波源整體的巨觀運動，而非如電磁波那樣來自單個原子或電子的運動的疊加，因此引力輻射所揭示的信息與電磁輻射觀測到的完全不同。例如對一個雙星系統觀測到的引力波的偏振揭示了其雙星軌道的傾斜度，這類關於波源運動的巨觀信息通常無法從電磁輻射觀測中取得。
（2）如果比較波長與波源尺寸的關係，宇宙間的引力波並不像電磁波那樣波長比波源尺寸小很多，這使得引力波天文學通常不能像電磁波天文學那樣對波源進行拍照成相，而是類似聲波直接從波形分析波源的性質。
（3）大多數引力波源很難或根本無法通過電磁輻射直接觀測到（例如黑洞），這個事實反過來也成立；考慮到現在一般認為宇宙間不發射任何電磁波的暗物質所占比例要遠大於發射電磁波的已知物質，暗物質與外界的唯一相互作用即是引力相互作用，引力波天文學對這些暗物質的觀測具有重要意義。
（4）引力波與物質的相互作用非常弱，在傳播途徑中基本不會像電磁波那樣容易發生衰減或散射，這意味著它們可以揭示一些宇宙角落深處的信息，例如宇宙誕生時形成的引力輻射至今仍然在宇宙間幾乎無衰減地傳播，這為直接觀測大爆炸提供了僅有的可能。所以對引力波的探測和研究對我們了解宇宙是至關重要的。而且對引力波的研究很有可能會給我們帶入“引力波天文學”時代。
評價
原初引力波首先，這一發現填補了廣義相對論實驗驗證的最後一塊缺失的拼圖。
愛因斯坦1916年發表的廣義相對論預言了宇宙誕生之初產生的一種時空波動—原初引力波—的存在。過去近百年中，廣義相對論的其他預言如光線的彎曲、水星的近日點進動以及引力紅移效應都已獲證實，唯有原初引力波因信號極其微弱，技術上很難測量，而一直徘徊在天文學家“視線”之外。劍橋大學博士、加拿大不列顛哥倫比亞大學的“CITA國家研究員”馬寅哲認為，原初引力波的發現是支持廣義相對論的又一有力證據，相對論所預言的所有實驗現象全部被驗證，實驗與理論符合得都很好。
其次，這一發現打開了觀測宇宙的一扇新窗戶。
在天文學幾百年來的發展過程中，人們觀測宇宙的主要手段是觀測光，也就是說幾乎所有天文實驗都是在收集光子。而根據標準宇宙大爆炸理論，大爆炸之後約40萬年，光子、電子及其他粒子混在一起，宇宙處於晦暗的迷霧狀態，光無法穿透。而引力波則不同，它誕生在宇宙大爆炸之初並以光速傳播。從事引力波研究多年的美國亞利桑那州立大學理論物理學家勞倫斯·克勞斯認為，引力波被測量到，意味著人們可以通過引力波而一直追溯到大爆炸之後僅僅10的負35方秒的極早時期，同時引力波也可以作為另一種觀測宇宙的手段。引力波天文學這門新學科的大門也由此打開。
第三，這一發現有助於真正理解宇宙大爆炸原初時刻的物理過程。
根據上世紀80年代逐漸發展起來的暴漲理論，140億年前，在大爆炸之後不到10的負35方秒的時間裡，宇宙以指數速度急劇膨脹，即所謂“暴漲過程”。原初引力波忠實記錄了暴漲時期的物理過程。馬寅哲說現在關於大爆炸原初時刻的理論模型有數百個，但“到底哪個對，還是都不對，在今天之前是不清楚的。但如果（美國科學家的）結果是真的，那么很多理論模型會被排除”。
第四，這一發現意味著對宇宙微波背景輻射的測量將會進入下一個重要里程碑。
宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸的“餘燼”，是一種瀰漫在整個宇宙空間中的微弱電磁波信號。過去幾十年中，人們測量微波背景輻射，其實主要測量的是溫度場的信息，卻一直沒有測量到引力波的獨特印記—B模式偏振。目前，全球多個小組在探測引力波，新發現無疑將極大鼓舞他們的士氣，並促進有關國家進一步加大科研經費和人力資源投入。
馬寅哲表示：“此項工作若獲證實，當之無愧是諾貝爾獎級的工作。而且在此之後，關於引力波的諾貝爾獎可能還會再出現。宇宙"暴漲"理論的提出者也可能獲獎。”克勞斯說，新研究還需要進一步驗證，但如果獲得證實，它“可以躋身過去25年最重要的宇宙學發現之列”並可能獲得諾貝爾獎。
