雙黑洞合併前發生了什麼？重力波首次揭示黑洞軌道進動，愛因斯坦的理論從頭到尾被驗證

進動是什麼？用生活例子理解

進動（precession）聽起來像專業術語，其實很生活化。想像一個陀螺，它不僅自轉，整個轉軸還會慢慢繞著另一個方向轉動；這就是進動。天體也會有類似行為：軌道的長軸或近拱方向會慢慢旋轉，稱為軌道進動。

水星之謎與愛因斯坦的解答

19世紀天文學家發現水星軌道的進動速度多於牛頓引力預測，每百年多出約43角秒（約0.012度）。有人懷疑水星和太陽之間藏了未發現的行星（瓦肯星），有人則懷疑牛頓理論有缺陷。直到1915年，愛因斯坦的廣義相對論出現：在強重力場中，行星軌道的勢能會多出一項與距離的三次方成反比的修正，恰好彌補了差異，完美解釋水星的進動，成為廣義相對論最初的重要證據之一。

重力波：愛因斯坦的「最後預言」

廣義相對論還預言了重力波：當大質量天體加速運動時，會在時空中產生波動，經過地球會造成週期性的拉伸與收縮。不過這種變化極其微小：即使兩顆各為數十倍太陽質量的黑洞合併，經過公里尺度物體時長度變化也只有10^-18等級，約是原子核大小的千分之一。因為太小，直到21世紀才有技術偵測到。

雷射干涉儀如何探測重力波

現代重力波探測器（如LIGO/VIRGO）由兩條長數公里的真空管垂直相交組成。雷射在分光鏡分成兩束，沿兩邊管道來回反射再干涉。重力波來襲會改變兩條路徑長度差，導致干涉條紋變化。觀測這些微小變化即可偵測到重力波。

從訊號到天體模型：科學家的做法

接收到訊號後，科學家要做兩件事：一，先把資料降噪、濾波，把非天體來源的干擾去掉；二，利用電腦模擬，產生一大堆假設的重力波波形（不同組合的質量、自旋、軌道等）。把模擬波形和觀測資料比對，多次調整參數，直到找到最吻合的一組，便能還原出發出重力波的天體特徵。

歷史事件：GW150914 與 GW200129

2015年9月14日，LIGO捕捉到首個被確認的黑洞合併重力波事件 GW150914，證明了重力波確實存在，並在廣義相對論提出100年後完成了對「最後預言」的驗證。最近的 GW200129 則更進一步：卡迪夫大學團隊在分析後發現，這個事件的雙黑洞系統顯示了明顯的軌道進動跡象—這是首次在重力波資料中直接看到黑洞軌道進動的證據。

GW200129 的特點與比較

根據分析，GW200129 的兩顆黑洞質量約為40倍與23倍太陽質量。它們的軌道進動頻率高達每秒三次——這速度驚人：若以水星的進動為例，水星需約300萬年才完成一次進動週期；已知的雙脈衝星系統要75年才完成一次。GW200129 比先前紀錄快了將近100億倍，顯示在極端強重力環境下，廣義相對論的非線性效果非常顯著。