任何有質(zhì)量的物體都會(huì)有引力，那么情人們之間的引力波是不是更特殊一些呢。答案要超脫人們的日常經(jīng)驗(yàn)，特別是談情說愛者的經(jīng)驗(yàn)。引力波并不認(rèn)得你和你的情人，它只決定于你的質(zhì)量。質(zhì)量能讓空間彎曲，愛也能讓時(shí)空彎曲，但后者只是一個(gè)比喻。而前者則是物理。這篇文章用人話告訴你，引力波是怎么回事兒。
只要是開心的節(jié)日都是值得慶祝的，有情人的開心，沒有情人也在被愛，大家情人節(jié)快樂！
當(dāng)情人節(jié)裝上引力波
文/杜篆之
早在引力波被實(shí)驗(yàn)證實(shí)之前，就已經(jīng)是各種科幻作品里的重要角色。
好萊塢大片《星際穿越》里，馬修·麥康納雖然被禁閉在黑洞時(shí)空里，仍然可以利用引力波給女兒發(fā)暗號(hào)。中國當(dāng)前最紅的科幻小說《三體》里，引力波成了宇宙黑暗森林里燈塔般的強(qiáng)力信號(hào)。
你和宇宙的起源
今年北京時(shí)間大年初四的晚上，引力波走出了科學(xué)和科幻的城池，成了全世界的談資。不知道引力波，你都不好意思出門。
社會(huì)大眾的物理知識(shí)水平，想要搞清楚引力波是什么，不是一件容易的事。好在人類有類比的認(rèn)知能力，用一些容易理解的東西做藥引子，多少能消化一些貌似高深的科學(xué)道理。
那我們就從宇宙起源說起。“我從哪里來？”是每個(gè)人都能明白的話題。這個(gè)問題一路問到底，就成了“宇宙從哪里來？”
當(dāng)代物理學(xué)對(duì)此有一個(gè)被公認(rèn)的理論，那就是大爆炸理論。這個(gè)理論認(rèn)為，宇宙起源于一個(gè)奇點(diǎn)。奇點(diǎn)是個(gè)不容易理解的概念，可以簡單理解為一個(gè)點(diǎn)，一個(gè)非常非常小，小到?jīng)]有體積的點(diǎn)，從這個(gè)點(diǎn)開始，發(fā)生了一次劇烈的爆炸，這次爆炸延續(xù)了大約150億年，形成了現(xiàn)在的宇宙。
要我說，這個(gè)宇宙誕生的理論毫無美感和人性可言。即便從想象力的角度來看，它和上帝創(chuàng)世、女媧造人等理論沒法比。宇宙大爆炸是一個(gè)冷冰冰的、機(jī)械的、枯燥無味的理論。然而，各種科學(xué)觀察和科學(xué)試驗(yàn)都表明，到目前為止，這個(gè)理論非常完美地解釋了宇宙的起源。
可以這么說，宇宙的誕生就是無中生有。宇宙就是這么任性，這么不講理。作為人類，你跟誰講理去？
按照常人對(duì)“爆炸”這個(gè)詞的感覺，爆炸是一種毀滅；然而，對(duì)于宇宙來說，爆炸卻是一種新生。在爆炸中誕生的宇宙，誕生了各種夜空中看起來美輪美奐的星系，誕生了各種亮度不等的恒星，誕生了形態(tài)各異的行星，最后誕生了藍(lán)色的地球，誕生了智慧的人類。
為什么大爆炸沒有讓宇宙灰飛煙滅？因?yàn)橛幸Γ?/span>
作為救世主的引力
引力的發(fā)現(xiàn)是人類的創(chuàng)舉。這要感謝天才的牛頓。根據(jù)傳說，也許還要感謝蘋果。自從牛頓提出萬有引力之后，宛如井底之蛙的人類，居然能夠通過計(jì)算洞悉未知天體的存在和軌道。這才是現(xiàn)代科學(xué)的真正起源。從此，星星不再是神靈的居所，也不是按照超自然意志運(yùn)動(dòng)的金色小釘子，它們不過是按照牛頓定律運(yùn)動(dòng)的一團(tuán)物質(zhì)。
正是因?yàn)橛幸Φ拇嬖冢钪娲蟊ㄖ笳Q生的物質(zhì)才能夠就近組團(tuán)，形成星系。否則的話，整個(gè)宇宙就是一團(tuán)粉塵，或者一團(tuán)氣體。用城里人能聽懂的話說就是：若非引力，宇宙就全是霧霾。
所以說，引力才是救世主。正是引力的存在，才把宇宙從霧霾的灰暗圖景中拯救出來。那么，引力波又是什么東西？
在牛頓的物理世界里，是沒有引力波的。物體之間的引力可以瞬間跨越全宇宙。任何一個(gè)人，他的引力對(duì)全宇宙瞬間生效。在地球人看來，這完全符合他的生活經(jīng)驗(yàn)。
突破生活經(jīng)驗(yàn)需要超強(qiáng)的智慧。所謂天才就是這樣的人。所以，愛因斯坦被稱為天才。愛老爺子以相對(duì)論聞名世界。普羅大眾也許并不知道，相對(duì)論其實(shí)有兩個(gè)：一個(gè)狹義相對(duì)論，一個(gè)廣義相對(duì)論。這是完全不同的兩個(gè)理論。
狹義相對(duì)論最重要的是，提出了光速不變原理。這不是本文講的重點(diǎn)，所以略去。廣義相對(duì)論探討的主要就是引力問題。
愛因斯坦的天才就在于洞察到引力的秘密。他說，引力的傳播也是需要時(shí)間的，而且引力傳播速度是光速。
這再一次證明了，時(shí)間是世界上最寶貴的東西。就連引力這個(gè)救世主都需要它。寫到這里，不由得想到了一句著名的解說詞，“留給中國隊(duì)的時(shí)間不多了”。
既然任何一個(gè)物體都會(huì)產(chǎn)生引力，而引力又會(huì)以光速傳播；那么只要這個(gè)物體動(dòng)起來，引力的傳播就會(huì)變化，變化的引力傳播呈現(xiàn)出波動(dòng)的特性，這就是引力波。（引力波還牽扯時(shí)空彎曲的概念，在此略去。）
換句話說，你的身體產(chǎn)生的那一點(diǎn)微弱的引力，需要150億年才能傳遍全宇宙。這是不是讓你覺得人類很渺?。縿e悲觀，即便偉大如太陽，它也需要這么多時(shí)間。
證據(jù)、證據(jù)，還是證據(jù)
科學(xué)研究有時(shí)候就是個(gè)黑箱游戲。你知道箱子里有東西，但你就是打不開箱子，不知道里面具體是什么玩意。引力波就是裝在宇宙黑箱里的這么個(gè)東西。也可以說它像穿上隱身衣的哈利波特，或者帶上魔戒的佛羅多。盡管你可能知道它在那里，但你就是看不見。
人的天性就是對(duì)不能直接看見的東西有懷疑。比如說品德、理想之類，引力波也在其列。
自從愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在之后，當(dāng)今全世界的物理學(xué)家都相信它存在；但就是沒找到直接證據(jù)。所以，美國人花了大把的銀子上馬LIGO項(xiàng)目，就是為了找到引力波存在的確切證據(jù)。
科學(xué)畢竟是講究實(shí)證的。想當(dāng)年，楊振寧和李政道發(fā)現(xiàn)了弱作用中宇稱不守恒，立即震驚科學(xué)界?？墒?，讓他們名揚(yáng)四海的最大助力是吳健雄的試驗(yàn)，這才證明了他們是對(duì)的。
更早的愛因斯坦也是一樣。他的狹義相對(duì)論提出后，曾經(jīng)也被認(rèn)為是科學(xué)怪譚。虧得天文學(xué)家愛丁頓遠(yuǎn)征非洲觀察日食，這才讓相對(duì)論得到科學(xué)界的廣泛認(rèn)可。
總之一句話：無證據(jù)，不科學(xué)。這和“捉賊拿贓”的道理是一樣的。引力波就面臨這樣的困境：捉了賊，沒拿到贓。
為什么引力波那么難找，因?yàn)樗×?。用大海撈針都不足以形容這個(gè)科學(xué)工程的難度。在相關(guān)報(bào)道中，有媒體用“愛因斯坦都不敢想象”這樣的標(biāo)題。是的，愛因斯坦那會(huì)還沒預(yù)料到激光技術(shù)會(huì)發(fā)展成現(xiàn)在這樣。而這次“捉賊拿臟”靠的就是激光技術(shù)。
3個(gè)太陽的“贓物”
過去幾年，曾有報(bào)道說某實(shí)驗(yàn)室找到了引力波存在的證據(jù)，但后來都被證實(shí)為烏龍事件。
這次，科學(xué)家們成功了。美國科學(xué)界的“警察”們說，我們拿到引力波的“贓物”了。說是贓物，其實(shí)非常貼切。贓物，不就是丟了的東西么。這次測到的，正是丟失的質(zhì)量，而且是很大的質(zhì)量，足有3個(gè)太陽那么大。
情況是這樣的，有兩個(gè)巨大的天體，天文學(xué)家一般稱之為黑洞；其中一個(gè)的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的29倍，另一個(gè)質(zhì)量是太陽質(zhì)量的36倍，它倆轉(zhuǎn)著轉(zhuǎn)著就轉(zhuǎn)成一個(gè)大黑洞，合并成一個(gè)62倍太陽質(zhì)量的黑洞。用小學(xué)數(shù)學(xué)加減法就可以知道，這倆星體“結(jié)合”前后損失了3個(gè)太陽質(zhì)量。
那么消失的這3個(gè)太陽的質(zhì)量去了哪里呢？愛因斯坦的質(zhì)能方程告訴人們，這些質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量了！而且這些能量被引力波釋放到宇宙當(dāng)中了。
黑洞之所以被稱為黑洞，就是因?yàn)楹诙匆μ螅灾劣诠饩€都跑不出來，所以看上去是黑的。但即便如此，引力波仍然能從黑洞的“魔掌”中跑出來，上演宇宙中的“肖申克救贖”。
這些引力波帶著能量經(jīng)過14億年的傳播，終于傳到了地球，盡管能量已經(jīng)非常微弱，但還是被LIGO項(xiàng)目的超強(qiáng)激光設(shè)備捕獲了！盡管得到的信號(hào)也非常微弱，但這就是引力波存在的證據(jù)。這次的實(shí)驗(yàn)器材，大大提高了激光設(shè)備的功率，才獲得成功?？梢?，要做大事業(yè)，還是得要大能量。這也應(yīng)了一句成語“工欲善其事，必先利其器”。
引力波在物理江湖中成名已久，但直到今天才顯真容，也是百聞不如一見。從理論預(yù)言到實(shí)證存在，那感覺就好像是抓住了開膛手杰克，一下子了結(jié)了一樁百年懸案。順便說一句，康薇爾的《開膛手杰克結(jié)案報(bào)告》寫得很有說服力。
其實(shí)，在美國科學(xué)界正式證實(shí)這項(xiàng)研究成果之前，科技界消息人士早已“謠言滿天飛”。實(shí)驗(yàn)早就在去年9月就得到數(shù)據(jù)了，但一直不敢確認(rèn)。成果確認(rèn)經(jīng)過層層審核，也需要很多時(shí)間，最終得到承認(rèn)。
最后說兩句，其一，如果引力波真的存在，這次找到的引力波信號(hào)應(yīng)該不會(huì)是唯一，以后還會(huì)探測到更多的引力波信號(hào)。其二，既然引力波存在的證據(jù)找到了，下一個(gè)是不是該輪到傳說中的“上帝粒子”了？上帝粒子是什么鬼東西，有興趣的請自己搜吧。
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