引力波為什么讓物理學家痛哭流涕？

霍光

科學家用探測到距離地球約13億光年的兩個大約30個太陽質(zhì)量的黑洞碰撞所發(fā)出的引力波，打開了人們感知、了解、觀察、認知和解釋大干世界的更為廣袤的新空間“破五”是中國傳統(tǒng)迎財神的日子。但2016年的這一天，不僅中國，全世界的物理學界都沸騰了，仿佛迎來了它們的“財神”——被預言已經(jīng)百年的引力波，終于被探測到了。

據(jù)媒體報道，一位物理學家如此形容自己的心情：“堂堂男子漢很少哭，當時心中忽然暖流涌動，但還是強忍住沒哭。那是一種強烈的感動，感動到想哭的感覺。整個新聞發(fā)布會上，我一直強忍著。”

作為普通大眾，我們在被各種社交媒體刷屏的“引力波”洗腦的同時，卻很少有人知道，引力波到底是什么？為什么探測到它需要百年努力？它又能給世界帶來什么？

宇宙大蹦床

很多人都聽說過愛因斯坦的廣義相對論，但并不知道它講了什么。的確，廣義相對論的很多推論是人們的直覺無法理解的。比如這一項——引力的定義。在廣義相對論中，引力被歸咎于時空的彎曲。

“時空彎曲是什么鬼？”相信大多數(shù)人聽說之后都是這個反應。它的意思是，我們平時看到的空間貌似是平直的，但真實的情況中，卻是像哈哈鏡里一樣扭曲的。這種扭曲是物質(zhì)造成的，質(zhì)量越大，扭曲就越大。

我們可以把宇宙想象成一個蹦床，如果沒有任何擾動，它是平坦的。但有質(zhì)量的物體在上面出現(xiàn)時，比如一個雞蛋，來游樂場的小孩子，或者是地球這樣的龐然大物，它就會變得彎曲。

可憐的是，這種彎曲，對于生活在蹦床上的微小生物——我說的就是人類這種生物——來說，一是由于我們跟著蹦床一起彎曲了，二是由于這種彎曲太微小，完全感覺不到。如果只是彎曲還好。但如果這個大質(zhì)量物體發(fā)生變化——雞蛋被吃了，小孩子蹦走了，或者地球爆炸了——蹦床就會開始震動，這種震動就是引力波。當然，跟著一起震動的我們感覺不到震動。

用圓規(guī)丈量宇宙

對于不喜歡睡眠被地震打擾的我來說，感受不到宇宙的震動是多么幸福。但物理學家卻們急需感覺到震動，來證明自己讀懂了宇宙，還希望通過對震動的研究，來把宇宙讀得更懂。于是，他們發(fā)明了世界上最大和最貴的——圓規(guī)？或許很像，但他們把它叫做邁克耳遜干涉儀（LIGO）。

在大年初五帶來引力波消息的LIGO并不像財神，相反，這個項目前前后后已花去數(shù)十億美元。

LIGO的原理是什么？假設我們有兩個短跑運動員，他們在任何情況下跑步速度都一樣，但如果跑道因為引力波擾動，長度會發(fā)生變化——就像蹦床表面會因受力拉伸一樣，他們從LIGO的兩條腿上跑回來的時間就會發(fā)生些微差異。然后我們就知道，空間確實在震動。然而，這并不是那么簡單的。最簡單的兩個原因——第一，震動太小了，雖然LIGO的“兩條腿”都有4000米長，但也許4000米只會發(fā)生0.000000000000000001米的變化；第二，我們不能讓諸如跺腳、打噴嚏或是地震影響我們的觀測，所以要讓兩條腿穩(wěn)定——還要在很遠的地方再建一個LIGO，如果兩個都震了，我們就知道這不是科研人員絕望情況下掀桌子引起的。

引力波能帶來什么？

對于大眾來說，或許會懷疑花費這么多錢去探索引力波有何意義。但對瘋狂的物理學家來說，他們會覺得，這不但值回票價，而且就像免費的一樣便宜。

愛因斯坦當然會高興聽到這個消息，因為這證明了他不像普通人類的腦袋瓜又對了。不過，其他物理學家呢？對他們來說，這輕輕的一震，比《美人魚》、《星球大戰(zhàn)》乃至人類史上所有的電影加起來都好看，因為它蘊含的劇情，是宇宙誕生的畫面。

我們從小都被告知一個著名的猜想——宇宙是在一場爆炸中誕生的。這意味著，在時空開始時，這個大蹦床有一次最劇烈的震動。引力波就能讓我們還原這個震動——它是否存在，有多大規(guī)模，諸如此類。

除此之外，引力波還能讓我們知道，我們看不到的宇宙空間在發(fā)生什么。據(jù)科學家說，這次的引力波就是我們看不到的超級遠的距離上的超級大黑洞的變化引起的。如果你是《三體》迷，你就可以理解，如果在很遠的星系的一個文明被高階文明炸掉了，我們能夠第一時間通過引力波知道這個事情是多么重要。（資料來源：一財網(wǎng)）