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LSC:全世界最早看到引力波的那伙人

2016-03-04 15:52:32王丹陽
三聯生活周刊 2016年10期

王丹陽

引力波恰開啟了全新的方法,讓宇宙變成了個“有聲屏幕”。LIGO探測到的波段頻率落在了人類聽覺范疇內的頻段上,經過聲音處理,可以聽見如紙蓋滑過琴鍵的滑音:雙中子星合并聽上去像短笛;旋轉脈沖星像“叮”的敲打三角鐵的一聲;而黑洞隨著質量的不同,會像不同調性的弦樂。

2月11日下午4點,位于德國漢諾威的馬克斯普朗克引力物理研究所(AEI)的眾多研究者來到了屏息的一刻,剛入而立之年的中國浙江籍博士生明鏡來到新聞發布會場,發現已經沒有空位,但他還是進去找了個角落,對他來說,這個即將開始的儀式可謂是人類文明的分水嶺。

此時的華盛頓是一個平常的上午10點半,視頻信號傳送到了作為歐洲四個分會場之一的AEI,熟悉的LSC合作組執行主任戴維·萊茲(David Reitze)出現在投影儀上,說出“yes,we did it”,那刻,坐在主席臺上的所長卡森·丹茲曼(Karsten danzmann),這位千年難得穿了一回西裝的德國人,雖然蹺著二郎腿,但還是紅了眼眶。明鏡迅速掃視全場,很多人都流淚了,后來,他也幾度咽回眼淚。

當4個小時后,全球直播的發布會結束,明鏡來到一群同僚中問他們“你哭了沒有”,其實自己心里已經哭了好幾次了,以至于他回到家門口時,開鎖的手都在顫抖,而終于在沖進屋子之后號啕大哭了一場。其實按去年9月15日發現信號到當日,倏忽近半年,激動之情應早已減退,但這些在多數地球人不知的學術“黑洞”里篳路藍縷地做著引力物理研究的學者,卻不約而同地處在一種復雜而起伏的感動里。

“最根本的感覺可能已不是人類的跨時代發現那樣的物理學上的意義,而是一種哲學意義,比如說我知道人是怎么從1.0版本進入2.0版本的了,雖然我不知道以后的2.0到3.0怎么劃分,但我們在這個節點上,經歷了這個事情,是多么幸運。”他這么描述。

看見·第一個人

1915年的一天,愛因斯坦向普魯士科學院報告了他的廣義相對論的最終形式,其中一個新的公式讓他在一年里又推導出一種攜帶著能量的“引力輻射項”,這在后來被世人叫作引力波。但那時尚未可知這是個物理實在還是數學形式,一番爭論后在1936年,愛因斯坦再次向美國物理學會投了篇論文,他承認引力波是種數學形式,“這種波會因為引力坍縮而不復存在”。

引力波被認為是廣義相對論預言的歷史卻一波三折地拉扯到20世紀中葉。幾年后,愛因斯坦重新寫信說要“修改錯誤”,他認為引力波是存在的,但不能被探測到。在那個尚未有任何探測器材而只能靠觀測隊在地球某島看日全食的年代,這種循環不算奇怪,就像他至死都在懷疑黑洞的存在一樣。但廣義相對論一直在成長,通過它,人們知道了時空的彎曲以及一些由時空彎曲產生的奇異事物,如黑洞、引力波、奇點、蟲洞等。

恰在理論被提出的100年后的9月15日,德國時間11點50分,意大利籍博士后馬爾科·德拉戈(Marco Drago)在AEI的辦公室里修改著論文,那時一股宇宙深處的引力波到達地球,在位于美國華盛頓和列文斯頓的兩個LIGO探測器上產生了4×10-18米的空間畸變。3分鐘后,這個觸發事件被低延遲搜索方法作為引力波候選事件(candidate)匯報了出來,通過郵件發到了他這里。

德拉戈慣性地打開郵件是在半小時后了,如果無恙,那就該到了飯點,那些LSC的“技術猿”會在12點半出現在餐廳。他作為LIGO科學合作組織(LSC)千余成員之一,同時也是系統管理者,邊看著原始數據,邊注意著探測器的突發事件。當他看見一條如被壓縮過的曲線出現在屏幕上時,覺出了不對勁。“雖然探測器常有突發事件,我也習慣了,但這個信號清楚告訴我它不尋常。”他這樣回復本刊記者,此話他可能已對全世界媒體重復過無數遍。

“當你看到它的頻率和時間的比對時,很清楚它來自兩個致密天體互相內旋而合并,聲波學上就是唧唧聲,除了5年前的人為假注,后來再也沒見過這樣的波形。”所以他的第一反應,這仍然是個假注,即人為注入假信號,LSC內部有個不具名的“盲注小組”,會經常在原始數據中注入假信號,目的是檢驗信號分析者是否能把它篩選出來,也算實戰演練。2010年一樁學術丑聞“大犬事件”讓LSC跌份兒不少,他們近乎要向世人公布發現引力波的時候,有人跳出來說那是假注。

當德拉戈跑到樓下告訴同事安德魯·倫德格倫(Andrew Lundgren)的時候,他還沒意識到自己是世上首位看到引力波的人。他問:“你知不知道最近有沒有假注?”是的,在排除掉系統突發事件后,剩下的疑問僅是美國那邊有沒有進行過假注。按照《紐約客》報道,當美國時間來到9月15日的清晨,在加州,戴維·萊茲送走女兒去學校,來到加州理工學院的辦公室,立即就被各種消息淹沒。而已83歲高齡的物理學家雷納·韋斯(Rainer Weiss),也是1972年LIGO項目的提出者正在度假,他登錄到系統上時也大叫了一聲。

熬過了4個小時的倫德格倫向晨曦中蘇醒的利文斯頓LIGO總部打電話,得到的答復是正在升級中的LIGO探測器4天后就正式開始運行了,沒有必要在這個時候加入假信號。這時,德拉戈開始發抖。直到第二天早上,AEI開始進入“備戰”,所長布魯斯·艾倫(Bruce Allen)“劫持”了某個LSC分組會議,將所有所內的成員都慎重地叫到會議室,門把一反鎖,投影儀上出現了那個彎刀劃過夜空般的圖案。

它的物理意義就是,頻率隨著時間增強,在200多赫茲后強度最大,根據廣義相對論推導,“這是一個典型的雙星并合的信號”。明鏡說。他的第一反應也如在場多數置喙中的同事一樣,認為那是個假信號,但那么漂亮和完美,只能說假注人天賦異稟又城府頗深,叫人看不出人工痕跡。

驗證·保密

明鏡回到辦公室就開始跟LSC里的中國同事討論此事,他們分布在歐洲、澳大利亞和美國的各大學里,已經通過內部群發郵件知道了這一消息,這時,百千人的郵件系統里已經炸開了,各個訂閱小組里,不同背景、國籍、研究門類的成員徹底打破界限。

LSC分工很細,有人設計、建造、調試實驗裝置,實驗裝置又分光學、機械和電控系統等。也有人分析數據,里邊分四大類分析方向,人數最多的是致密雙星并合(compact binary coalescence)的引力波源,第二是持續性引力波(continuous wave),還有超新星引力波爆源,和宇宙隨機背景組。

在一片內部秘而不宣的詫異和狂喜交織中,沒有人站出來承認假注過,他們開始信守起一個秘密,在被證實是新信號之前,不能向外透露風聲。明鏡一直在說服自己那是真的。“如果我認為是假的,事后被證明是真的,那我就不算是全世界前100個知道這件事的人。”他這樣說。

在另一片地廣人稀的西澳土地上,也豎著最早發明的探測儀共振棒NIOBE的耳朵。澳大利亞西澳大學物理系的助理教授王龑在那里專門研究致密雙星并合探測分析法,屬于LIGO人數最多的CBC組的一員,雙黑洞合并的引力波源也在該組的計算范疇,但不是CBC程序最早發現的。“最先測到信號的是引力波爆組,而后續過程中關于太陽質量等參數的估計是CBC程序的計算結果。”他說。實時CBC程序靈敏度高,計算量也更大。由于計算資源有限,最初在線上實時處理程序中是沒加高質量部分。線下CBC程序經過海量數據分析后,結論是引力波來自兩個質量分別為太陽質量的36倍和29倍的黑洞,它們以近100赫茲頻率高速旋轉后并合釋放了3個太陽質量的引力波能量。

“專門分析雙致密星并合的程序分為線上的實時程序和線下的分析程序。線下的分析程序是分析從1到100個太陽質量的致密天體。線上的程序由于有計算資源的限制,最初是偏重算低質量的天體。”但這次信號的完美程度超過他們的最先預期。在去年LIGO升級完成前,初級LIGO運行了13年,各種遠強于引力波信號的噪聲讓這些科學家整日沉浸在數據王國里大海撈針。

把引力波的發現比作一道光也不夸張,之前他們一代代在黑暗里摸索,都是自己模擬數據,設計分析方法,用方法來測模擬數據再改進,就像學游泳的人永遠在岸上揮擺四肢,不知下水的滋味。成本之高也出人意料,有些數據處理程序運行一次就得耗百萬美元。

LIGO分工程運行和科學運行兩種切換模式,數據都會被實時記錄后傳到數據中心。前者主要用于調試儀器,校正數據處理方法,所以數據中會有假注,而后者主要觀測來自太空的引力波,數據中不會加入信號。他們很難說新LIGO在正式運行前4天處于什么狀態,“但只要是在運行的,就有數據采集”。隨著時間的推移,仍舊沒有人聲稱假注,在反復計算和郵件討論后,他們愈益相信這就是真信號。

那個LSC郵件系統猶如無國界的狂歡,但是每個掛在四大組下的林林總總的分析群都仍然審慎而行,哪怕是一個人提出異議,都將引起全員關注。把空間位置、質量、距離、各種物理參數都揉捏到那個分析模型后,愈加直觀感到與愛因斯坦的理論契合度如此之高。

“空間定位的結果跟預期也非常吻合。”王龑說,那個藍色背景下弧形彎刀就代表在天空中的位置。它就像人們帶著水霧的眼睛,看燈泡,那就是很大一團,而不是一個點。這個物理學上的“誤差橢圓”就把那個燈泡鎖定在那片圓形區里。也就在7微秒的時間里,引力波通過了那兩個L形探測儀的激光干涉臂,通過振幅、相位信息,那個天空中的圓環被畫了出來。

“太難找了,所以要利用全世界的資源,我們不分單位,只分類型地找。”在漢諾威,明鏡日思夜想,有時候走出實驗室晚了,沒有趕上末班地鐵,走在空曠寒冷的街頭,心里會冒出一股溫暖的感動。遙想在13億光年前的兩個黑洞的合并信號,在9月14日的一瞬間到達的地球,雖已渺如秋毫,但誰知道在浩瀚數億光年外的宇宙還有多少不可預言的雙星并合或超新星爆發,它們空寂中不經意擦過或碰撞,都那么偶然,以至于所長布魯斯·艾倫關起門對自己的學生說道:“要想想,如果是真的,那多美妙,我們只消坐在辦公室喝喝咖啡,時不時就能看到黑洞的合并。”

“就像在天空中放了個煙花,誰都看見了。”明鏡說,但它那么突然,如果沒有靈敏的探測器,它可能就淹沒在大海般的數據里不知要等多少年,除非有更好的分析法,但這次它的信號顯著性極其大,遠超了“紅線”。這是宣布任何物理學發現的黃金標準,意味著這個探測結果只有三百五十萬分之一的誤差。

探測·LIGO的誕生

愛因斯坦反復修改著自己的預言,讓人評論說引力波好像是靠“思維的速度在傳遞”。后世的人為了證明或證偽,在一次次探測的迭代更新中燒著錢和生命。從1957年的一次“粘珠試驗”證明引力波是種攜帶能量的物理實在,到2002年初級LIGO正式運行,其中的成本無可計數。2011年的一天,還是天文系碩士生的明鏡在北京大學科維里天文與天體物理研究所聽了一場伯納德·舒茨(Bernard Schutz)的學術報告,這位引力波研究界權威說:“我們花了納稅人幾十億美元來尋找引力波,有時候晚上我睡在自己的床上會想我為什么不是在監獄。”這句話把明鏡推上了這條無盡的修遠之路。

上世紀90年代,一些大型激光干涉儀開始建造,引力波探測黃金時代開啟,涌現了意大利比薩的臂長3000米的VIRGO,漢諾威臂長600米的GEO,日本東京國家天文臺臂長300米的TAMA300……去年9月18日,升級后靈敏度大幅提升的LIGO開始運行,今年底,VIRGO升級也將完成。

LIGO的原理遵循了愛因斯坦的假設,廣義相對論里有言“時空告訴物質怎樣運動,物質告訴時空怎樣彎曲”。如何彎曲就取決于宇宙中物質質量大小及其分布。簡而言之,引力波是時空畸變,也被科普者稱作“時空中的漣漪”。大質量的天體之于宇宙就像是皮球置于水面,底下呈凹形,當兩個黑洞開始環繞跳舞,水面就自然產生漣漪。物質質量越大,運動的越劇烈,對這個時空的擾動就越大,引力波就越強。

但幾十倍太陽質量所產生的引力波到達地球的物理效應卻微乎其微。在強的天體波源所釋放的引力波,其強度到達地球上的空間畸變不超過10-14,剛好比質子大10倍,此幅度相當于太陽到最近的比鄰星4.22光年的距離上,產生小于頭發絲寬度的空間畸變。所以,落到LIGO那根激光干涉臂,就需要在每公里的長度上找到相當于原子核半徑萬分之一以下的空間變化。

1972年,當美國麻省理工的雷納·韋斯腦中出現LIGO設計雛形圖的時候,馬里蘭大學的工程學教授喬·韋伯(Joe Weber)已經“身先士卒”,后者在早十幾年前設計出的共振棒沒有給業界帶來好印象,總是出錯而被落得騙子的罵名。韋斯想把探測器做成L形,當引力波通過,會在一個方向上拉伸空間,另一個方向壓縮空間。好比兩個人垂直躺地上,身體呈90度,引力波通過他們時,一個人會拉長,另一個人被縮短,下一時刻,情況相反。他知道,要丈量這兩個波動的長度,非得要數公里長的鋼筋水泥管之類。

韋斯建議用激光做尺子,在L形狀的拐彎處放置激光源,并用光在真空管中的通行距離變化作為變量,同束光產生的相位差距越大,表明引力波越強。這個想法得到了加州理工大學物理學權威基普·索恩(Kip Thorne)的共鳴,1981年,加州理工已開始建造一個130英尺探測臂的LIGO模型。但要付諸現實就讓人犯難了,那一小撮“頭腦發熱者”拿著區區一個理論模型去敲國家自然科學基金會(NSF)的門了,申請資助,有人立即反彈:“連信號的影子都沒看見過。”項目集成的激光、材料、真空技術都遠在真實科技水平之上,甚至還“需要用沒被發明出來的材料”。

兩年前的某天,基普·索恩來到澳大利亞墨爾本大學講壇,提到LIGO制造難度,作為LSC成員的中國籍物理學博士孫翎心潮澎湃。“他們列出了非常詳盡的分析報告,窮盡了儀器可能遇到的所有干擾和問題,并輔以解決問題,才拿到了錢。”按照索恩的話來講,是“上萬個細節需要考慮完善”。那時,LIGO已在2010年進入了升級期,在8年探測未果后又被追投了2億美元,對于這些人來說,即使是測不到信號的“空演練”,也豐富了大數據。

那兩個LIGO間的距離,飛行約3個多小時,路易斯安那的那個位于首府巴吞魯日東部的濕地,被松樹林圍繞;另一個在華盛頓州的則在一片核反應堆廢料和沙漠灌叢邊,每個干涉臂都有4公里長。那天,來自南半球遙遠星系的引力波先是到達利文斯頓探測器,大約7毫秒之后到達漢福德,兩者產生的時間差為波源估算出一個近1000平方度的天空位置,而龐然大物最終測到的畸變尺度只是質子直徑的千分之一大小。

“我們現在只能看到大概方位,就是那條彎彎的像被壓過的橢圓,但是就像通信衛星三角定位一樣,全球布置越多精密探測器,越能更好定位。各個角度過來的偏正方向不一的波,探測到的希望越大。”孫翎說。顯然,垂直臂因方向不一,信號到達強弱就有大小,那“干涉條紋”的“凹凸形狀”就更明晰。同時,你在赤道和南極放兩個同樣的LIGO效果也不同,如果引力波面朝赤道沖來,南極就基本測不到了。

發布·意義

兩年前,孫翎從IBM軟件工程師的職位離開,來到墨爾本大學物理系讀博,盡管她沒有物理專業的背景,但導師認為她的信息技術背景,能為LIGO引力波數據分析加分。孫翎所在的是LSC的持續引力波組,這種引力波來自持續性的源,比如,質量非軸對稱分布的、自轉的中子星,其表面隆起的微小“山峰”導致加速度而產生引力波。不像爆發或并合,它默默連續不斷地發出相對較穩定的引力波,有的可持續很久,但又極其微弱而可能一直在海量信號下“休眠”,需要足夠好的分析算法才能將之甄別。在雙星并合信號被發現后,他們松了口氣,那意味著有一天像這般中子星的持續低吟也能被聽到。

這么多年來,初級LIGO收集著全天球各個方向的數據,有的針對已知的可能探測到的持續引力波源,對天球某個方位做定位搜索。也有的進行全天球搜索,他們采用的原始數據都來自LIGO天文臺的觀測輸出,全球許多強大的機群都可以訪問這部分龐大的數據,用各個數據分析小組研發的各種數據分析程序進行復雜的運算,分析總結探測的結果。

“初級LIGO觀測得到的數據我們也一直在分析,即使因為敏感度不夠高,并沒有成功觀測到任何引力波,但至少可以為所期望的信號強度設立上限,完善數據分析算法,最大限度過濾噪音,并且為升級版LIGO數據分析做好準備。”今年1月至今,孫翎都在加州理工這個美國引力波學術重鎮參與交流。去年升級版LIGO運行后,她預感很快會有進展,所以計劃到美國訪學。在2月11日那天晚上,她沒有睡著,現在,加州理工在媒體報道中獨領風騷,那些核心大佬整日見首不見尾。

在經過了5000萬CPU小時的數據分析后,他們證明了引力波。這幾個月里,在LSC獨特的線上交流工具Team Speaker上開過好多會議,所有人都用語音的形式發言。孫翎不顧時差,在澳大利亞深夜兩點也曾接線開會,對于在美國以外的所有成員,其實都一樣。那篇發表在頂級物理期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)上的論文并不長,但條理清晰論據明確,幾乎每句都標有出處,文后拖著LSC所有人的名字。PRL審稿主編回復道,看這篇論文是他學術生涯的榮幸,這是他見過的最“使人愉悅”的學術報告。

論文從去年10月開始寫,經歷了十幾個版本的改動。今年1月快要完成時他們決定寄出去,每句話都經過反復推敲,如果有人對任何的語句表達有所異議,都可以給論文委員會提出建議。最終那11篇文叢每篇都有10個版本以上。

LSC成員都將此發現比作人類從看無聲電影到看有聲電影,這個虛無縹緲的宇宙之籟還被比喻成宇宙交響樂。自400年前伽利略用望遠鏡探索可見光世界,人們開始觀測無線電和微波、紅外線、紫外線、X光和伽馬射線等等,找到了銀河系的中心,但銀河系以外還存在多少寂寞星系,是無法用電磁波手段探測的。而引力波恰開啟了全新的方法,讓宇宙變成了個“有聲屏幕”。

確實,由于LIGO探測到的波段頻率落在了人類聽覺范疇內的頻段上,所以經過聲音處理,可以聽見如指蓋滑過琴鍵的滑音:雙中子星合并聽上去像短笛;旋轉脈沖星像“叮”的敲打三角鐵的一聲;而黑洞隨著質量的不同,會像不同調性的弦樂。

明鏡把它比作第二種光。“我父母只知道我的工作跟天空、星星有關的,但我告訴他們我是在找一種全新的東西,像第二種光。”他說。我問明鏡怎樣劃分它的時代意義,他卻回溯到宇宙大爆炸之初。145億年前宇宙大爆炸之后的38萬年,光子開始退耦,宇宙第一縷光產生,它就是宇宙微波背景輻射,但地球直到5億年前的寒武紀,才開始生命大爆炸,那時,奇蝦(Anomalocaris)作為第一個擁有眼睛的生物在進化賽中脫穎而出,那它就是地球上首個看見光的生物。

引力波用粒子的角度去理解就是引力子,與對光子的理解相似。但是不同于光子在宇宙誕生38萬年后才產生,引力子在宇宙大爆炸的瞬間就退耦了,存在于這個宇宙中,這也被稱為原初引力波。如果說奇蝦作為第一個看見光的地球生物,那人類直到2015年才真正看到引力波。

除了原初引力波,宇宙中任何物體運動都會輻射引力波,兩個黑洞共舞、超新星爆發、地球圍著太陽轉、月球圍著地球轉,甚至你在地球上揮一揮手都會產生引力波。這么看來它的確如光般普遍,只是人類一直沒有找到發現它的眼睛。

“當然比喻的方法有很多種,從天文學觀測的角度,也可以和伽利略第一次用天文望遠鏡觀測宇宙相比。那是人類用電磁波、光學來探測宇宙的窗口,而引力波是第二種窗口。從另外的角度,光一直存在于宇宙,但直到奇蝦有了眼睛才被看到,那么現在引力波作為第二種光,人類已經探測到了。”他說。

未來·幻想

去年,明鏡在加州理工學院碰到了基普·索恩,他還是《星際穿越》(Interstella)的劇本指導。明鏡的博導伯納德·舒茨是索恩的第一個博士生,而明鏡是舒茨退休前的最后一個學生。“所以你就像我的爺爺一樣。”他記得當時見到索恩時的親近感,并最后像是允諾般地叫他放心,自己一定會盡全力去找引力波的。這種對科學的宗教般的神圣感在每個引力波成員身上都存在著,即使一直找不到,但添磚加瓦的事就一直有人頂著。

如果沒有索恩和雷納·韋斯兩位祖師爺,LIGO計劃就難以實現,而他倆對于理論的貢獻以及LSC組織的建構也起了關鍵作用,是他們建立了分組模型,有序地組織起這個龐大的跨國機構的網絡。可以肯定的是,未來各國在引力波探測上的投入將如洪水開閘,而在今年底意大利的VIRGO探測器完成升級后,定能與美國那兩個LIGO共同發力縮小范圍。

2011年明鏡在第一次聽到舒茨的引力波講座時,國內沒有任何經費支持這個課題,也沒有任何專職研究引力波的科研者,包括去年由中山大學領銜啟動的“天琴計劃”科研人員也并非專職搞這個。從個人角度,明鏡擔心如果引力波一直找不到,可能自己在5年后也會灰心,這也意味著他回國后就無法就業。另一個更嚴峻的現實是,當探測器的靈敏度已到頂尖時,他們就會懷疑廣義相對論的這個預言是錯的,也許他們應該相信愛因斯坦去世時的疑慮。

王龑還記得,10年前,引力波在中國天體物理界還相當冷門,那時剛從天體物理學本科畢業的他參加了一個南京大學物理學教授彭秋和組織的暑期班,這個班年年請國外專家來講課,他才首次聽說引力波。被這樣吸引上路后,他來到德國AEI攻讀博士,不過那時他主業是研究相對于地面探測器的空間探測器“LISA”,因為它的難度更高所以一直沒有被建造出來,直到去年底,第一枚實驗衛星“LISA探路者”成功發射。王龑一直以為要等到升級后的VIRGO與LIGO同時運作,才預計會在2020年左右探測到引力波……

在LSC里,很多人共同的愛好是看科幻小說,后者往往是把他們送上這條路的原始激情。德拉戈已經寫了兩部科幻小說,但那都還跟引力波無關。“我曾經有過寫時光旅行的想法,說不定以后就是引力波。但是小說也好電影也好至少得有些科學基礎,像《星際穿越》里借助不同時空介質的旅行,能把那些不學物理的人先引到這個事情上來。”

一個科研者的成長路徑,往往先是在幼年接觸科幻小說,再自發學習科普知識,有緣的人就從此進入這個相關領域了,而要寫出令人信服的科幻小說的人,必須是行家,他們超越理論基礎的一丁點假設空間,都可能是后人的開發寶藏。孫翎認為,在科學中想象力很重要,否則何來進步。“比如劉慈欣的《三體》,雖然有夸大,但他的物理功底好,那些構想基本不會離譜,讓你覺得有的可想象。《星際穿越》里的黑洞模擬,就是根據愛因斯坦方程式算出來的,只是在我們還不了解的理論上做了妥協。”

在《三體》里,劉慈欣讓引力波成為人類用來和三體星人抗衡的武器,就是引力波發射裝置。主人公羅輯發現“黑暗森林”法則之后,威脅三體星人要將對方的星空坐標通過引力波廣播出去,它可以輕易地穿透物體,并且不會發生任何衰變。從這個角度上來說,劉慈欣對引力波應用的想象還恰如其分。

但里面提到的引力波發射器,就不符合科學。引力波信號不需要發射,它時刻存在于物體運動,因為太弱了而只能被接收。發射器信號再強,也只在地球上,總不敵地球圍繞太陽轉發出的強度。但用引力波作為通信手段是很多科幻者的心結。“電磁波的傳播雖然容易被探測和操控,但也容易被吸收,如果沒有中轉站,我們靠電磁波傳播信號會越來越弱。引力波作為通信手段,是個很好的想法,它穿越宇宙受物質間作用很小,可能能量損耗不到百分之一,但目前來說太難測到,強度非常小。”王龑說。

讓王龑印象深刻的是曲率驅動引擎,通過對時空本身的改造來驅動飛船,達到超光速運行,它作為科幻概念產生于上世紀30年代。1994年墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利在廣義相對論的基礎上推導有一天是能實現的,但后續計算顯示這樣一種裝置將需要無法達到的極高能量才能實現。近幾年又有物理學家提出只要改造利用電磁驅動器作為電力來源,就可比原先少用很多能量。現在,美國國家航空航天局(NASA)正在建造這個東西。

19世紀末,X射線、伽馬射線等開啟電磁波時代,沒有想到因此宇宙微波背景輻射被發現,它成為研究大爆炸的早期工具;而幾十年前脈沖星的發現,變成了研究中子星的工具。每種新的觀測手段都會帶來驚喜,而誰知道引力波不在冥冥中帶著人類靠近更多的宇宙盛宴?

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