趣說(shuō)引力波

2016年初的一天，全世界的物理學(xué)界都沸騰了，一位物理學(xué)家如此形容自己的心情：“那是一種強(qiáng)烈的感動(dòng)，感動(dòng)到想哭。整個(gè)新聞發(fā)布會(huì)上，我一直強(qiáng)忍著?！本烤拱l(fā)生了什么？原來(lái)，被預(yù)言已百年的引力波，終于在那一天被探測(cè)到了。

宇宙大蹦床

很多人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，但并不知道它講了什么。事實(shí)上，廣義相對(duì)論的很多推論是人們靠直覺(jué)無(wú)法理解的，比如引力的定義。

在廣義相對(duì)論中，引力被歸咎于時(shí)空的彎曲。它的意思是，我們平時(shí)看到的空間貌似是平直的，但真實(shí)的情況卻是像哈哈鏡里一樣扭曲。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(gè)蹦床，如果沒(méi)有任何擾動(dòng)，它是平坦的。但有質(zhì)量的物體出現(xiàn)時(shí)，比如一個(gè)雞蛋、來(lái)游樂(lè)場(chǎng)玩的小孩子或是地球這樣的龐然大物，它就會(huì)變得彎曲。

但這種彎曲對(duì)于生活在蹦床上的“微小生物”人類(lèi)來(lái)說(shuō)，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，以致我們完全感覺(jué)不到。

如果只是彎曲還好，但如果這個(gè)大質(zhì)量物體發(fā)生變化（如雞蛋被吃了、小孩子蹦走了或地球爆炸了），蹦床就會(huì)開(kāi)始震動(dòng)，這種震動(dòng)就是引力波。當(dāng)然，跟著一起震動(dòng)的我們感覺(jué)不到它在震動(dòng)。

時(shí)空彎曲

用圓規(guī)丈量宇宙

對(duì)于不喜歡被打擾的人來(lái)說(shuō)，感受不到宇宙的震動(dòng)是幸福的，但物理學(xué)家可不這么想，他們急需感覺(jué)到震動(dòng)，來(lái)證明自己確實(shí)讀懂了宇宙。于是，他們發(fā)明了世界上最大、最貴的圓規(guī)——邁克耳遜干涉儀（LIGO）。

LIGO的原理是什么？假設(shè)我們有兩個(gè)短跑運(yùn)動(dòng)員，他們?cè)谌魏吻闆r下跑步速度都一樣，如果跑道因?yàn)橐Σ〝_動(dòng)，長(zhǎng)度發(fā)生了變化——就像蹦床表面會(huì)因受力在一個(gè)方向上拉伸一樣，他們從LIGO的兩條腿上跑回來(lái)的時(shí)間就會(huì)發(fā)生細(xì)微的差異。這樣我們就知道，空間確實(shí)在震動(dòng)。

LIGO的“兩條腿”都有4000米長(zhǎng)，最近的一次升級(jí)花費(fèi)了幾十億美元。

然而，一切并非那么簡(jiǎn)單。第一，震動(dòng)太小了，也許4000米只會(huì)發(fā)生1-17米的變化。雖然圓規(guī)腿很長(zhǎng)，也只能勉強(qiáng)讓我們感覺(jué)到兩側(cè)運(yùn)動(dòng)員（即激光）回來(lái)的時(shí)間差異。第二，我們不能讓諸如跺腳、打噴嚏或地震影響觀測(cè)，所以需要各種設(shè)備讓兩條腿穩(wěn)定。同時(shí)，還要在很遠(yuǎn)的地方再建一個(gè)同樣的裝置——只有兩個(gè)都震了，才知道這不是科研人員絕望時(shí)掀桌子引起的。

引力波能帶來(lái)什么

對(duì)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，這輕輕的一震，比《美人魚(yú)》、《星球大戰(zhàn)》加起來(lái)都好看，因?yàn)樗N(yùn)含的劇情是宇宙誕生的畫(huà)面。

我們從小就被告知一個(gè)最著名的猜想——宇宙是在一場(chǎng)爆炸中誕生的。這意味著，在時(shí)空開(kāi)始時(shí)，這個(gè)大蹦床有一次最劇烈的震動(dòng)。引力波能讓我們還原這個(gè)震動(dòng)——它是否存在、有多大規(guī)模，諸如此類(lèi)。

此外，引力波還能告訴我們看不到的宇宙空間在發(fā)生什么。如果你是《三體》迷，你就可以理解，假如在很遠(yuǎn)的星系一個(gè)文明被高階文明炸掉了，我們能第一時(shí)間通過(guò)引力波知道這件事情是多么重要。（據(jù)第一財(cái)經(jīng)）

鏈接：悅讀引力波

除了劉慈欣的《三體》，還有哪些圖書(shū)中提及了引力波？

1.《抽屜里的青春》：作家吳巖的中短篇科幻小說(shuō)集，其中《引力的深淵》非常前瞻性地將主題瞄準(zhǔn)了引力波。

2.《星際穿越》：這本書(shū)并非同名電影的原著小說(shuō)，而是由電影的科學(xué)顧問(wèn)、天體物理學(xué)家基普·索恩執(zhí)筆完成的科普讀物，旨在向讀者提供電影的相關(guān)背景知識(shí)，其中有一大段講述了引力波。

3.《宇宙之海的漣漪：引力波探測(cè)》：由澳大利亞作家大衛(wèi)·布萊爾與杰夫·麥克納瑪拉合著。除了內(nèi)容上的深入淺出，該書(shū)還用輕松的筆觸講述了引力波探索的各種逸聞趣事。

4.《愛(ài)因斯坦尚未完成的交響樂(lè)》：作者瑪西亞·芭楚莎將整個(gè)引力波探測(cè)的來(lái)龍去脈介紹得非常詳盡，讓讀者了解引力波學(xué)者是如何執(zhí)著于升級(jí)引力波探測(cè)器原理、提高探測(cè)器靈敏度的。