造物者的另一種聲音

李淼

2016年2月11日，一則新聞?wù)饎?dòng)了人類世界，而新聞內(nèi)容則事關(guān)于宇宙中一種最微弱的聲音。

這個(gè)聲音據(jù)說(shuō)是在2015年9月14日，被位于美國(guó)的兩個(gè)科學(xué)裝置聽(tīng)到的。科學(xué)家們等這一天等了多少年？從愛(ài)因斯坦預(yù)言它的存在開(kāi)始，人類等了整整一百年。當(dāng)然這么說(shuō)并不嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)閻?ài)因斯坦之后的物理學(xué)家們，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，并沒(méi)有真的相信我們可以“聽(tīng)到”它。直到大約五十年前，一位探測(cè)這種聲音的先驅(qū)，約瑟夫·韋伯才在馬里蘭大學(xué)建造一種天線來(lái)聽(tīng)它。但是他沒(méi)有成功，他的后輩用他發(fā)明的類似天線也沒(méi)有聽(tīng)到。

這種聲音就是引力波。

如今，LIGO聽(tīng)到了，不僅聽(tīng)到了，還知道它來(lái)自于什么：兩個(gè)巨大的黑洞合并，其中一個(gè)黑洞的質(zhì)量大約是太陽(yáng)的36倍，另一個(gè)大約是太陽(yáng)的29倍，合并之后的黑洞卻只有62個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。整整3個(gè)太陽(yáng)丟失了，丟哪兒了？變成引力波的能量了。正因?yàn)槿绱司薮蟮囊Σ芰浚拍苁沟眠h(yuǎn)在13億光年外的地球人聽(tīng)到。大家知道，光波的傳播速度是每秒三十萬(wàn)公里，引力波的速度也是如此。因此，當(dāng)這兩顆黑洞合并的時(shí)候，地球上人類還不存在，事實(shí)上，連恐龍也不存在。

根據(jù)物理理論，宇宙中只存在兩種以光速傳播的波，一種是光以及和光同類的電磁波——手機(jī)用的電波就是，另一種就是引力波了。

那么，引力波到底是什么？

當(dāng)你說(shuō)話時(shí)，別人會(huì)聽(tīng)到你，這是因?yàn)槟愕穆晭д駝?dòng)帶動(dòng)了空氣振動(dòng)，然后你的耳膜接收到了空氣振動(dòng)。空氣的聲速比光速小多了，只有每秒340米，比光速小了88萬(wàn)倍。一條魚(yú)在水里擺動(dòng)尾巴，也會(huì)產(chǎn)生水波。不論是聲波還是水波，在宇宙中都不是“基本”的，因?yàn)樗鼈兪墙橘|(zhì)的振動(dòng)造成的。光波呢？理論上預(yù)言電磁波的英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為是一種叫以太的介質(zhì)的振動(dòng)造成的。還是愛(ài)因斯坦，他的狹義相對(duì)論認(rèn)為光波不是任何介質(zhì)的振動(dòng)，光是一種基本的波，它就存在在那里。同樣是愛(ài)因斯坦，認(rèn)為光波不過(guò)是一種宏觀現(xiàn)象，真正存在的是叫光子的基本粒子，光波不過(guò)是多得無(wú)法想象的光子組成的。

因?yàn)楣庾邮腔玖Ｗ樱豢赡苁侨魏谓橘|(zhì)的振動(dòng)造成的。

在推翻以太以及提出光子的十年后，愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)了他的廣義相對(duì)論，其實(shí)就是他的萬(wàn)有引力理論。不同于牛頓，愛(ài)因斯坦認(rèn)為，萬(wàn)有引力雖然存在，真正造成萬(wàn)有引力的是時(shí)間和空間的彎曲。

在任何一個(gè)質(zhì)量周?chē)瑫r(shí)間和空間都彎曲了，這樣，它周邊的物體會(huì)感到這種彎曲，然后循著最短的線走。太陽(yáng)造成時(shí)間空間彎曲，地球在這個(gè)彎曲時(shí)空中循著最短的線走，也就是圍繞太陽(yáng)在轉(zhuǎn)。月亮是在地球造成的彎曲時(shí)空中走。我們?nèi)祟悤?huì)不會(huì)造成時(shí)空彎曲，當(dāng)然會(huì)，不過(guò)，彎曲的程度太小了，使得你不會(huì)繞著我轉(zhuǎn)。

需要地球這么大的質(zhì)量，才能讓我們體會(huì)到我們的體重，我們的體重就是地球?qū)ξ覀兊囊Α?/p>

然而，無(wú)論是太陽(yáng)還是地球，它們?cè)斐傻臅r(shí)空彎曲是靜態(tài)的，時(shí)空的彎曲沒(méi)有波動(dòng)。什么樣的東西會(huì)發(fā)出引力波？我們回顧一下電磁波是怎么產(chǎn)生的。麥克斯韋提出他的電磁理論之后，很快就發(fā)現(xiàn)，如果電荷分布不是靜止的，他的著名方程就預(yù)測(cè)電磁場(chǎng)也不是靜止的，而且還會(huì)有電磁波產(chǎn)生，電磁波無(wú)非是波動(dòng)形式的電磁場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)以波的形式在空間中傳播。麥克斯韋還發(fā)現(xiàn)，電磁波的傳播速度與光速一樣，他干脆就說(shuō)光也是電磁波。在麥克斯韋預(yù)言電磁波存在22年之后，赫茲利用電火花在鋅板間振蕩產(chǎn)生了第一個(gè)人造電磁波。

電火花振蕩也就是電荷之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這樣，我們很容易推測(cè)如何產(chǎn)生引力波了，那就是質(zhì)量之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。引力波容易產(chǎn)生嗎？當(dāng)然太不容易了。舉個(gè)例子，地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)發(fā)出的引力波的功率只有兩百瓦！你家的電磁爐的功率都比它大。所以，我們需要質(zhì)量巨大的天體，同時(shí)尺寸不那么大的天體，才能輻射出比較強(qiáng)的引力波。

我總覺(jué)得，宇宙是一項(xiàng)陰謀，比黑客帝國(guó)巨大得多的陰謀，宇宙中所有發(fā)生的事，造物者或遲或早會(huì)告知人類。我們看到引力波的“天眼”，才剛剛睜開(kāi)。