宇宙中有著許多許多的奧秘,另人匪夷所思！今天跟小編一起來探討宇宙中神奇的引力波。
專家小傳：鐘鳴，1973年生，廣東湛江人。國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)理學(xué)院物理系副教授、博士。聯(lián)合國教科文組織和國際原子能機構(gòu)下屬的國際理論物理中心協(xié)聯(lián)成員，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗組成員。從事高能物理理論研究，在強子物理、重整化群的性質(zhì)以及引力的量子場理論等研究方向，發(fā)表SCI研究論文20篇，被引用近千次。
視點提示：2016年2月11日，美國國家自然科學(xué)基金會攜加州理工、麻省理工的物理學(xué)家向全世界宣布：他們探測到被科學(xué)界期待已久的、由愛因斯坦提出的引力波。這個事件瞬間刷爆了網(wǎng)絡(luò)和社交媒體，甚至演變成科學(xué)界的一場狂歡。引力波究竟為何方神圣？為何有如此大的魔力，引得全球科學(xué)家甚至無數(shù)網(wǎng)民為之競折腰？
事件回放：引力波的前世今生
13億年前，宇宙深處，一顆36倍太陽質(zhì)量的黑洞和一顆29倍太陽質(zhì)量的黑洞相互吸引、纏繞、旋轉(zhuǎn)，象一對優(yōu)雅的舞者，熱情奔放地跳著探戈。在舞蹈中，它們不斷地向外輻射能量，越走越近，越轉(zhuǎn)越快。最后，一霎那間，它們激烈碰撞并結(jié)合在一起，成為一個62倍太陽質(zhì)量的黑洞。損失掉的3個太陽質(zhì)量的能量主要以引力波的形式向茫茫無際的宇宙輻射，其中的極小部分于北京時間2015年9月14日抵達地球，列隊通過美國的激光干涉引力波觀測平臺(LIGO)。引力波會引起它通過的空間振動而伸縮，就象小球輕輕撞擊彈簧一樣。引力波的這個持續(xù)時間0.2秒的小動作正好被拿著激光干涉“望遠(yuǎn)鏡”準(zhǔn)備“檢閱”它們的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。
至此，科學(xué)家們已經(jīng)翹首期盼了它一個世紀(jì)。
1916年，愛因斯坦在廣義相對論中第一次窺見了引力波的曼妙身姿。他認(rèn)為當(dāng)聚集成團的物質(zhì)的形狀或速度突然發(fā)生改變時，會擾動附近的時空，這種時空擾動以光速在宇宙中傳播。
或者，你可以這樣理解：如果在時空的湖面投下一粒石子，這粒石子必然將平靜的湖面激起一片漣漪，時空會像波浪一樣傳遞這種漣漪。因此，引力波還有一個詩意的別名：時空的漣漪。
但引力波的預(yù)言是如此大膽，大膽到科學(xué)家們無法接受，就連預(yù)言它的愛因斯坦都幾次修改對引力波的判斷，甚至否定它?？茖W(xué)家們激烈地爭議引力波是否存在？是否攜帶能量？又是否以我們希望探測到的方式存在？
一直到1955年，費曼提出了著名的“粘珠”思想實驗，對引力波存在與否的爭議才基本塵埃落定。探測引力波開始被科學(xué)家們提上日程。
但引力波太微弱了。弱到什么程度呢？舉例來說，地球和太陽這么大兩個家伙組成的系統(tǒng)輻射出的引力波，總功率才大約200瓦。這基本上就是照亮一個房間的電燈泡的功率！以至愛因斯坦宣稱：引力波是弱不可測的!
但這沒有嚇倒勇敢的科學(xué)家們。50年前，實驗物理學(xué)家韋伯開拓了引力波探測的先河。40年前，天文學(xué)家泰勒和赫爾斯發(fā)現(xiàn)了脈沖雙星、間接證實了引力波的存在，并因此獲得諾貝爾獎。25年前，物理學(xué)家索恩和魏斯在美國國家科學(xué)基金的資助下開始建造激光干涉引力波天文臺(LIGO），來搜尋來自太空的引力波信號。
那LIGO是怎樣完成了這個看似不可能完成的任務(wù)的呢？
根據(jù)計算，宇宙中巨大天體激烈運動產(chǎn)生的“強”引力波在1000米距離上大約會有千分之一個原子核半徑的變化。為了測量到這個變化，科學(xué)家利用激光干涉的原理，讓兩束完全相同的激光在兩個互相垂直的長4000米的臂中跑來跑去，正常情況下，兩個激光的信號相互抵消了；但如果有引力波經(jīng)過，激光跑過的路程被引力波拉長或者壓短，激光通過該邊的時長就會發(fā)生變化，被記錄下來。
LIGO的成功代表了人類科技的巨大進步，而這個巨大進步卻僅是人類揭開引力波神秘面紗的一小步。
天外來客：帶來宇宙誕生的秘密
這次直接觀測到引力波，雖然僅是驚鴻一瞥，但科學(xué)家已經(jīng)歡呼雀躍，并開始對引力波神秘面紗背后的“顏值”遐想萬千。
——探索宇宙起源。電磁波、宇宙射線和中微子要在宇宙大爆炸之后一段時間才能產(chǎn)生，對它們的研究無法獲取宇宙起源的信息。而宇宙大爆炸之時就會產(chǎn)生強的引力波，能幫助人類洞悉宇宙的起源和演化。
——探測暗物質(zhì)。暗物質(zhì)不發(fā)射電磁波，因此電磁波只能觀測到宇宙中星球、星云等可以反射光的物質(zhì)，但這類物質(zhì)只占宇宙5%不到。由于只要有質(zhì)量或能量就會輻射引力波，引力波成為目前直接研究暗物質(zhì)的唯一途徑。
——探索黑洞等大質(zhì)量致密天體。由于引力波具有很強的穿透能力，可以幫助人們直接窺探到超新星爆炸、黑洞融合、伽馬射線暴和其他重大天文事件的秘密。
受引力波這位“天外來客”的魅力吸引，世界許多國家已經(jīng)開始了對引力波的探測和研究，涉及學(xué)科領(lǐng)域和前端技術(shù)十分廣泛，包括物理學(xué)、天文學(xué)、宇宙學(xué)、天體物理、空間科學(xué)、光學(xué)等學(xué)科，以及精密測量、真空技術(shù)、潔凈技術(shù)、航天技術(shù)、導(dǎo)航與制導(dǎo)、飛行器與軌道設(shè)計等先進技術(shù)。這些技術(shù)對于提升空間科學(xué)和深空探測的技術(shù)水平具有重要意義，一旦取得進展，將帶來革命性的影響。
軍事應(yīng)用：科學(xué)還是科幻？
引力波的發(fā)現(xiàn)宣告了一個科學(xué)時代的開啟，那么，擁有不菲學(xué)術(shù)身價的它，其應(yīng)用前景如何呢？特別是對世界軍事變革帶來怎樣的影響？
早在2008年，美國國防情報局就對難以捉摸的引力波是否可能被別國利用，從而給美國的國家安全帶來威脅開展過調(diào)查。美國的一家公司還給國防情報局提交過一份項目申請書，希望開展利用強磁場將電磁波轉(zhuǎn)變成強引力波的研究。
國防情報局要求賈森國防顧問團對該研究進行評估。賈森國防顧問團的理論物理學(xué)家經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撚嬎悖珜懥艘环?0頁的報告，認(rèn)為這種產(chǎn)生引力波的方法效率非常低，毫無現(xiàn)實意義。因為，即便地球上的所有發(fā)電站同時開機運行100億年時間，才能產(chǎn)生一個僅有一百萬分之一焦耳能量的引力波。如果想驅(qū)動一艘宇宙飛船以重力加速率飛行，需要消耗現(xiàn)在全世界總電力輸出功率的1025倍。
看來，按照現(xiàn)有的引力理論和技術(shù)水平，人類根本無法產(chǎn)生足夠強的、可以被加工和探測的引力波?，F(xiàn)在，雖然經(jīng)常有來自宇宙深處的強引力波光臨地球，能否將其收集、儲存、控制和加工這些引力波，作為人類的引力波源呢？以目前的技術(shù)，也很難找得到關(guān)住它的“籠子”。
不過，也不用操之過急。畢竟人類才探測到它，還不夠了解它，對它的應(yīng)用目前更是無從談起。就像1887年電磁波被發(fā)現(xiàn)后，經(jīng)過了一個多世紀(jì)后，應(yīng)用電磁波技術(shù)的收音機、雷達、激光、衛(wèi)星、GPS等才相繼被發(fā)明和創(chuàng)造出來。
每一次基礎(chǔ)科學(xué)的重大突破，都會轟轟烈烈地引起人類社會的一系列科技革命，改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活模式，甚至人類戰(zhàn)爭形態(tài)。
未來，那些出現(xiàn)在科幻小說和科幻電影里、令人腦洞大開的引力波軍事應(yīng)用也許會人類發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造－－
引力波星際通信。利用引力波具有超強穿透性、在傳播過程中幾乎不衰減、不受任何物體阻擋的特性，實現(xiàn)星系與星系之間的超遠(yuǎn)距離通信，實現(xiàn)海陸空的無界溝通。
引力波雷達探測。由于任何物質(zhì)和能量都會輻射引力波，引力波雷達將讓現(xiàn)在戰(zhàn)場上的所有“可見光隱身”裝備無處遁形，甚至還能通過發(fā)射特殊引力波進行主動成像，從而窺探地球甚至宇宙中的每個角落。
引力波反重力推進器。通過對引力波的研究掌握重力，從而消除甚至控制重力。實現(xiàn)星際飛船和所有軍事裝備的“無推進劑推進”，獲得海陸空天甚至太陽系的無限機動能力。
而引力波最讓人著迷的還是其“扭曲時空”的本領(lǐng)。比如，人類可以通過向飛行器發(fā)送引力波，改變飛行器上的時空尺度和性質(zhì)，干擾飛行器的定位和導(dǎo)航，使其迷航。甚至可以利用引力波來建造“時空迷宮”。進入“時空迷宮”中的任何物體會自覺地沿著被引力波扭曲的空間軌道運動，它的落點完全受引力波的控制。不管是子彈、炮彈、導(dǎo)彈還是激光，引力波都可以扭曲它們的運動路徑導(dǎo)致它們跑偏，甚至讓它們“調(diào)轉(zhuǎn)槍口”，讓敵人搬起石頭砸自己的腳。
關(guān)于引力波的這些奇思妙想，將激發(fā)人類不斷地探索未知世界，推動科學(xué)技術(shù)的進步。
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