照亮地球內部的燈塔

俄羅斯地震學家伽利津曾將地震波比喻為短時間照亮地球內部的一盞燈，如果這種地震波可以長時間照亮地球內部，并且光線射得更遠、照得更亮，那么，這種地震波就是地震弧波，它已經不只是一盞明滅不定的燈了，而成了一座可以恒久照亮地球內部每個角落的巨大燈塔。

兩次踏進同一個弧波

地震弧波可以看成是由波、地震波和弧波合成的。波是擾動或振動通過空間和其他介質傳播的物理現象，如果這個介質是地球，就是地震波。依靠地震儀接收天然地震或人工地震產生的地震波，經過放大、記錄和分析，可以間接觀察到地球內部的情況，就好比從鼓聲可以聽出鼓的形狀。由于不透明的地球巖石、土壤阻擋了可見光和無線電波。x光、r射線和超聲波等可以照穿人體。但照不穿比人體更大更密實的地球，所以現在人類對地球內部的探測主要借助地震波。

弧波又是什么呢?水無常形，一個人不能兩次踏進同一條河流，用水流和水的波動來形容它的遷移不定、變動不居是最合適不過的了。但如果河流里涌現出一堆水波，它能長久地保持原有的形狀、幅度、速度，遇到阻礙、干擾也不會彌散、瓦解或改變，這就是弧波。一個人不能兩次踏進同一條河流，卻可以兩次踏進同一個弧波。

自從英國工程師約翰·羅素在愛丁堡附近的尤寧運河發現了第一個弧波。它已經從液體擴展到了氣體、固體、等離子體，在物理學的光脈沖、化學的化學振蕩波、生物學的神經信息傳遞中處處能看到它的身影。它事實上就是一大類范圍廣泛的“隨機成群效應”：天上的星星隨機分布，但數量太多就會出現規。則的美麗星座；地上的人們只要有六個聚在一起，至少就會有三個人互相都認識或互相都不認識。一切雜亂無章、混沌無序中出現的自組織的相干結構，都是這一類效應。地震波是地球作為介質受力振動而形成的機械波或彈性波，也應該能夠產生弧波。

地震弧波優點多

相比地震波，地震弧波有些什么優點呢?首先地震弧波容易識別，它穩定不變的形狀、幅度、速度仿佛就是它的身份識別標志，這種標志可以是獨一無二的。地球平均每天發生10 000多次的天然地震，還有其他各種原因導致的自由振蕩，這些地震和振蕩絕大多數是人體感覺不到的微震，但靈敏的地震儀都能夠接收和記錄。只是不同的地震波衰減、變化后往往互相混雜，很難找出規律進行分析。地震弧波卻仿佛在身上貼了一張標簽，便于科學家對其追蹤。隨時定向定位，找出傳播規律。

其次，地震弧波可以將局限在低頻范圍探測地球內部的地震波拓展至高頻。地震波的波長就好比一個人的步幅，腿短的矮個子步幅小，難以邁過高坎或寬溝，要么磕磕碰碰的(被地下物質的界面反射、折射)；要么跌落溝底(被地下物質吸收)。如果是腿長步幅大的高個子，就可以輕松地跨越過去。所以地震波要穿透地球，頻率高、波長短了不行。而地震弧波波長雖短，但因為能量不易耗散，屢經反射、折射仍然不走樣，撞了南墻就回頭，回頭還要再撞墻，百折不撓，兩個弧波還可以互相穿透過去而不變形；如果跌落溝底了，哪里跌倒哪里爬起，不會就此一蹶不振甚至粉身碎骨。所以即使磕磕絆絆、跌跌撞撞，照樣可以像高個子一樣走很遠的距離。

最后，常規地震波頻率越低，波長越長，傳倒是傳得遠了，但與地下各種物質的作用也就很小，負載的可供我們分析利用的信息量就少。而地震弧波在傳播遠的同時波長又很短，它與地下各種物質的接觸碰撞和其他作用就會相當頻繁和細膩，能提供給我們更多有用的信息。地震弧波盡取了各種波長的地震波之利，又無其弊。

人類至今沒有在天然地震中發現可供利用的弧波，只能考慮由人工地震激發弧波，這就要依靠一些相當特殊的技術手段。雖然這些手段往往只是理論上的大膽猜測，但也不是沒有可行性的。

怎樣激發和產生地震弧波

第一種是類比光子，在所有類型的弧波和弧子中，可能只有光子是最為成熟的技術，已經在光纖通訊中得到應用。光纖中的一束光是由不同頻率的波組成的，頻率不同，傳播速度也不同，快的快慢的慢，會導致光波整體出現擴散，信號畸變，這叫“群速度色散”。就像開始時聚成一個團隊出發的長跑選手，由于速度不同，會很快互相拉開距離，無法保持隊形。這時如果有一個保存實力后發制人的選手突然加速，從最后面沖到最前面，帶動了整個隊伍一起加速，隊形又會收攏，這在光纖中叫“自相位調制”效應，與“群速度色散”恰好抵消，使光波不再擴散畸變，就形成了光弧子。在地震波中尋找與此類似的效應而產生地震弧波，應該是一種最簡便也最自然的思路。

第二種是類比自激振蕩電路的正反饋效應，通過某種方法使地震波的振蕩不斷加強。在需要接收的地方形成一個固定的回路，就是一個地震弧波。

第三種是類比更廣泛的非線性耦合作用，地震波是由各種頻率的波疊加成的，依靠非線性耦合作用，經歷足夠長的運動過程，總會回歸到最接近開始的狀態，從而把這些不同頻率的波久久地維系在一起，形成地震弧波。常規地震波中的縱波和橫波已經可能存在這種非線性耦合作用，地震波產生縱波的同時一般也產生橫波，橫波只能在固體傳播，不能像縱波一樣通過氣體液體之類的流體，也不能通過外地核，因此可以認為外地核是液態的。但橫波到了固體的內地核又出現了，既然它不能通過外地核，那又是怎么傳播到內地核的?這就有可能是縱波依靠與它的非線性耦合作用，把它攜帶過外地核的。這種非線性耦合作用的范圍可能是無窮大，這時的地震波可以看做只有一個波峰的波，波長是無限長，就成了弧波；也可看做是一個波長無限短的“極頻波”。這樣可以進一步解釋為：地震弧波的波長無限長或無限短，橫波是在無窮遠處或無限深處繞射過外地核的。另外，人們熟知的“費米一巴斯塔一烏拉姆”諧振子實驗和動力系統中著名的龐加萊回歸(龐加萊循環)定理也都可能表現了這種非線性耦合作用。

第四種是利用異常散射態材料實現“反多普勒效應”(近期英國物理學家塞東和比爾帕克已經成功演示了這種效應)，與多普勒效應結合產生地震弧波。

第五種是將地震波類比玻色子，地震弧波類比費米子，利用量子效應將玻色子轉變成費米子。要從玻色子轉變成費米子，有多種途徑，其中之一是想法把玻色子安到一個存在排斥勢能的“座位”上，排斥勢能使一個“座位”擠不下兩個玻色子，這樣它就變得和費米子一樣滿足所謂“泡利不相容原理”，玻色子和玻色子之間有了身份差別，相當于成了費米子。換到地震波和地震弧波上，就相當于讓地震波的振動受到某種位置上的限制，使它們區分開來，成為地震弧波。還可以把玻色子看做一種連續測量出來的“量子芝諾效應”，如果不測量它，它是什么樣子我們無從知道；如果連續測量它測得太快，它上一次測量后狀態還來不及改變，我們的下一次測量又來了，看到的自然還是上一次測量的老樣子，這使得所有的玻色子好像都處在同一個狀態。如果我們的測量拉開適當的間隔，剛好在它改變狀態的時候測量，這一次測量的玻色子和上一次測量的玻色子就不一樣了，不能處在同一個狀態的玻色子就相當于費米子。換到地震波和地震弧波上，就相當于讓地震波的振動不斷受到測量的微擾，使它每次將要彌散時又重新聚攏來，成為地震弧波。

第六種是直接類比量子的波粒二象性，弧波在波動中呈現剛性粒子的特征與量子的波粒二象性更相像。波粒二象性能夠導致量子糾纏，兩個有共同來源的粒子無論分開億萬光年的距離，仍然可以在瞬間同步行動，像有一種超光速的信號把它們關聯、糾纏在一起，這時兩個分開的粒子可以看作波，即弧波，而它們作為整體只是一個彌散在億萬光年的常規波。一種解釋是：在波粒二象之外有一個隱藏更深的聯系波粒二象的“隱變量”，波粒二象性其實是“波粒隱三歧性”，量子通過隱變量糾纏起來，波通過隱變量成為粒子，地震波同樣也可以通過隱變量變成地震弧波。這可能是最深刻也最寬廣的思路了。

地震弧波用處大

發現天然地震中的弧波將對地震預測和預警有很大作用，因為弧波的傳播速度要比常規地震波快，如果提前接收到地震弧波，就可以緊急疏散人員，采取其他抗震防震措施，將災害損失減到最小。此外，作為對地球內環境進行遙感、遙測的首選方案，地震弧波并不比另一個候選對象中微子cT掃描更現實可行。但一旦實現，它的作用將會比中微子CT更大。因為人類如果要發射人造地球內衛星甚至親臨地下深處探險，那么，它就不僅僅是一座導航的燈塔，還可以成為發射人造地球內衛星和航地飛船的強勁動力源。

(盛文娟插畫)