如何像個內行一樣談論引力波│雜字思維

「女士們、先生們，我們發現了引力波。我們做到了！」

2016年2月11日，美國激光干涉引力波天文台（LIGO）項目主管大衛·萊茲在華盛頓舉行的新聞發布會上說。

這或許標誌著物理學一個新的時代——引力波時代的到來。整個世界都忽然開始討論起引力波。

物理學家費曼曾經說過：「從人類歷史的角度來看，19世紀最偉大的事件是麥克斯韋電磁理論的發現，與之相比，發生在同一個時代的美國南北戰爭作為一件地區性的小事不值一提。」

在21世紀的第二個十年，人類第一次直接探測到引力波的信號，其意義不亞於麥克斯韋提出電磁理論。

作為一個新聞事件被爆炸性地報道和傳播之後，引力波信號的發現將成為人類文明發展的一個里程碑。

想像中的利用激光反射探測到的引力波

引力波也稱重力波，它是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動。

20世紀30年代，在距離1915年發表廣義相對論20多年之後，愛因斯坦才開始相信可以由廣義相對論推導出一個令他自己都感到吃驚的結論：

「宇宙本身在顫抖，這種顫抖具有能量，並且以波的形式在時空中傳播。」

儘管如此，在當時探索引力波，乃至研究宇宙的結構和起源，都還不算是一個嚴肅的物理學話題，這種理論如同屠龍之技，只能停留在理論中。

從2015年9月起，一個未經證實的消息開始在物理學界流傳開來。

據說經過了幾年升級改建的先進激光干涉引力波天文台，在重新開始工作之後的一個星期內，就探測到了距離地球13億光年之外的兩個黑洞在合併過程中放射出的引力波信號。

這是在愛因斯坦發表了廣義相對論100年之後，人類第一次發現引力波存在的直接證據。

發現者是馬克思·普朗克研究所33歲的物理學博士後馬爾科·德拉戈。

當時他正在位於德國漢諾威的辦公室里，篩選數據的計算機系統發現一個可疑的信號發來了兩張圖片：在噪音背景中，每張圖片都顯示出一個時間長度不到1秒鐘，類似於鳥鳴的波形。

德拉戈隨即發現這是一個非常值得注意的事件，專業訓練讓他辨認出，這個信號的形狀顯示這是兩個黑洞合併成為一個更大的黑洞的過程。

而後越來越多的人開始意識到這個探測信號的意義。LIGO決定召開新聞發布會，向全世界公布這個重大發現。

夜空中的銀河

引力是自然界中最為微弱的相互作用，廣義相對論所描述的正是引力作用。

因為引力作用太過微弱，想要探測到這種時空的褶皺，就需要格外敏感的實驗裝置。

幾千年來人類觀察宇宙的方式大多都只是仰望星空，直到幾百年前人們才能通過望遠鏡進行觀察，但所看到的仍然只限於可見光的頻率範圍之內。

直到20世紀，人類理解了電磁學，才能從紅外線到伽馬射線，在更廣闊的頻率範圍內觀測宇宙。

中微子為宇宙學家們打開了又一扇門。通過藏在地下的一個個中微子天文台，人類多了一個觀測宇宙的手段，但是這種方式的局限性仍然非常明顯。

因此，如果能夠在地球上觀測到引力波，人類將會增加一個非常獨特而靈敏的宇宙學觀測方式。

通過引力波，人類將能夠以前所未有的精度繪出銀河系的地圖，從而——

可以理解在這個擁有上千億個恆星的星系中黑洞與中子星的分布；

可以理解在星系中央超巨型黑洞的誕生和成長過程；

甚至可以通過尋找原初引力波，回顧到宇宙起源的瞬間，拼湊出大爆炸之後的宇宙成長的細節。

電影《星球大戰7：原力覺醒》劇照

科學在不斷改變著人類，而科學自身也在發生著改變。

如果說在100年前預測引力波存在的廣義相對論的發表，緣於愛因斯坦的天才爆發，那麼引力波探測，則算得上是一個現代社會「大科學」研究模式的範例。

科學研究不再只依賴某一個人的靈光乍現，而是成為一個個有著無數科學家依照計劃工作、分工明確、耗時耗資巨大、有國家力量作為支持的工程。

這樣的投入與回報，以及對人類文明所產生的影響，都能讓人聯想起中世紀時歐洲國家動輒歷時百年建造宏偉教堂的故事。只不過在現代故事裡，人類建造起的是更宏偉和持久的科學精神的殿堂。

在未來，宇宙學在人類的日常生活中或許將會有中世紀宗教般的感召力量，滲透入人類文化的方方面面。

美國著名科幻小說家阿西莫夫

星際旅行和探險故事，人類駕駛宇宙飛船周旋於黑洞和中子星之間的故事，會不會取代中世紀的宗教故事，成為未來的文化經典和激發未來人類想像力的源泉？

面對宇宙，陷入現代病的人類或許可以重新回到文明開始之初的蒙昧狀態，更深刻地體驗到渺小的意味。

對於宇宙的探索，是出自人類嬰兒般的好奇的本能，每一個宇宙學新發現都將讓人類重新感受到激動和戰慄。

引力波正在開啟的或許正是這樣一個時代，它對於人類的想像力以及人類社會、文化的方方面面都將帶來深遠影響。