飛花似夢

在科技異常繁榮的未來，人類對物理的運(yùn)用已經(jīng)到了極度熟練的地步。一種名為“重力子放射線射出裝置”（Graviton Beam Emitter）的武器成為我們冒險的主要工具。這是日本SF漫畫家貳瓶勉在代表作BLAME！中的大膽設(shè)想。他運(yùn)用引力子構(gòu)想出了這種具有極強(qiáng)殺傷力的武器，能夠發(fā)射能量極高的重力子，幫助故事的主人公霧亥在尋找遺傳因子的過程中一次次化險為夷。作為霧亥唯一的武器，“重力子放射線射出裝置”到底是個啥？它和物理理論中預(yù)言的引力子又有什么聯(lián)系呢？

千呼萬喚“引”出來

眾所周知，任意兩個具有質(zhì)量的物體間都存在著引力相互作用。那么，這種引力作用是如何實(shí)現(xiàn)的呢？物理學(xué)家告訴我們，通過交換引力子就可以實(shí)現(xiàn)。

可以說物理學(xué)的發(fā)展，始終圍繞著追求物理定律統(tǒng)一的過程進(jìn)行。牛頓在17世紀(jì)提出的三大運(yùn)動定律和萬有引力定律，完成了天上星體和地上物體運(yùn)動的統(tǒng)一描述。從此，近代科學(xué)發(fā)展的大門被開啟。

接著19世紀(jì)，麥克斯韋總結(jié)了電和磁現(xiàn)象，歸納為麥克斯韋方程組，實(shí)現(xiàn)了電和磁的統(tǒng)一。20世紀(jì)的物理學(xué)家認(rèn)識到，自然界中物質(zhì)之間的相互作用可以歸納為：強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力），電磁相互作用（電磁力），弱相互作用（弱力）和引力相互作用（萬有引力）。在眾多物理學(xué)家的努力之下，建立了標(biāo)準(zhǔn)模型理論，完成了對前三者的統(tǒng)一。

標(biāo)準(zhǔn)模型能夠統(tǒng)一4種相互作用中的3種，那么引力相互作用是否也能夠統(tǒng)一呢？物理學(xué)家相信存在統(tǒng)一4種相互作用的理論。他們認(rèn)為引力不僅能夠被統(tǒng)一，而且還存在傳遞引力相互作用的規(guī)范玻色子，并將其命名為“引力子”。20世紀(jì)30年代，愛因斯坦在研究廣義相對論場方程時，發(fā)現(xiàn)具有以光速傳播的波動解，他稱這種波為“引力波”。

而引力子自提出之初，就吸引了人們的注意。物理學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，雖然愛因斯坦的廣義相對論是描述萬有引力的成功理論，但它卻不是描述引力的最終理論。隨著量子場論的發(fā)展，物理學(xué)家相信引力場應(yīng)該被量子化。量子化的引力場一定存在傳遞引力相互作用的規(guī)范玻色子，也就是引力子。引力子和光子都是傳遞相互作用的規(guī)范玻色子，不具有質(zhì)量（靜質(zhì)量），光子自旋為1，引力子自旋卻為2。光子和引力子均可以傳播到無限遠(yuǎn)處。不過，任何理論預(yù)言都必須經(jīng)過試驗(yàn)的驗(yàn)證，既然物理學(xué)家有充分的理由認(rèn)為引力子是存在的，那么探測引力波和引力子便成為科學(xué)家們探索宇宙的重要一步了。

空想中的超強(qiáng)破壞力

在BLAME！中，“重力子放射線射出裝置”被安全警衛(wèi)歸類為“一類臨界不測兵器”，因?yàn)橥ㄟ^射出能量極強(qiáng)的射線（引力子）能產(chǎn)生大規(guī)模的破壞，沒有什么東西可以抵抗它的威力。這個裝置類似于現(xiàn)在的手槍，需要的時候可以扣動扳機(jī)，釋放出能量巨大的諸如激光束的重力子束。盡管在漫畫中，關(guān)于它的生產(chǎn)地和內(nèi)部結(jié)構(gòu)并沒有明確交代，不過我們可以確定的是，它是屬于網(wǎng)絡(luò)球（漫畫中人類建立的用來管理世界的媒介）的東西。

“重力子放射線發(fā)射裝置”作為一種高端的武器，具有極強(qiáng)的殺傷性。看霧亥利用該裝置就能將敵人一招致命便可知曉。那么，作為重力子原型的引力子是否也具有這么強(qiáng)的破壞能力呢？

事實(shí)上，在4種相互作用中，引力相互作用是最弱的。引力相互作用強(qiáng)度是電磁相互作用強(qiáng)度的10-41倍。舉個“栗子”來說，木星在公轉(zhuǎn)過程中，它的引力輻射的能量大概是5.3kW，這個能量相當(dāng)于一個燈泡發(fā)射的能量（沒錯，是一個燈泡）。也正是因?yàn)橐Σê鸵ψ拥哪芰渴治⑷酰綔y起來就變成一件非常困難的事。

隨著科技的進(jìn)步，物理學(xué)家想到了用激光干涉儀來探測引力波。在這方面走在世界最前列的是美國的LIGO實(shí)驗(yàn)組（Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory）。他們的實(shí)驗(yàn)裝置是借助激光干涉儀來聆聽來自宇宙深處引力波的大型研究儀器，由兩條4千米的長臂組成。這個裝置牛在哪里？它能夠探測到其臂上質(zhì)子直徑萬分之一（10-19米）長度的變化。正是因?yàn)榫哂辛诉@樣的測量精度，物理學(xué)家才得以觀測到來源于13億光年之外的引力波信號。

2016年，LIGO的物理學(xué)家宣稱他們在2015年9月14日直接觀察到了兩個黑洞合并發(fā)射的引力波信號。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了愛因斯坦的引力波預(yù)言。同樣，引力波的發(fā)現(xiàn)使我們對宇宙的理解向前邁進(jìn)了一大步。

觀測猶如“守株待兔”

作為未來混亂系統(tǒng)世界的安全警衛(wèi)，霧亥孤身一人手持“重力子放射線射出裝置”，自地下5 000層上行，克服重重障礙，尋找未受污染的網(wǎng)絡(luò)末端人類遺傳因子。漫畫中的“重力子放射線發(fā)射裝置”可以隨心所欲地發(fā)射出大量具有極大破壞作用的重力子。但在宇宙中，想要尋找到引力子卻不是那么容易的，當(dāng)然更不用說用引力子制造武器了。由于引力相互作用太過微弱，只有超大質(zhì)量的天體才有可能發(fā)射出明顯的引力波信號。為了觀測到明顯的現(xiàn)象，科學(xué)家們需要等待強(qiáng)烈的引力波信號到達(dá)地球。從這方面看，觀測引力波像守株待兔一樣。

當(dāng)然，對引力波的證實(shí)，讓我們對物理理論更有信心，也讓我們更加相信引力子是存在的。而引力子的存在，對統(tǒng)一4種相互作用有著極其重要的意義。

物理學(xué)家認(rèn)為引力波和引力子能夠給我們提供很多宇宙演化過程中的信息，這些信息將為我們研究宇宙提供極大幫助。有的研究者甚至走得更遠(yuǎn)，他們認(rèn)為引力子具有很多的技術(shù)應(yīng)用，可以將引力子應(yīng)用于通訊、探測外星生命等。

隨著引力波的發(fā)現(xiàn)，很多國家開始投入大量資金和人力去研究引力波。我國也相繼開展了“天琴計(jì)劃”“阿里原初引力波計(jì)劃”等項(xiàng)目。相信引力子的存在性如果得到驗(yàn)證將是人類科技認(rèn)識的一次飛躍，而引力子在未來的生活中也將會得到充分的應(yīng)用。