引力波對世界的影響|引力波

　　俊偉

　　[而引力波探測技術的應用，本身並不對我們的日常生活產生直接影響，但引力探測的技術進步將給天文學、天體物理學甚至基礎理論物理學(主要包括相對論和量子力學這兩大領域)帶來深刻影響。如果這樣，引力波時代的來臨，不啻一場技術革命的前奏]

　　2016年2月11日北京時間晚上11:30，一則來自美國的消息引爆了整個微信朋友圈：LIGO(激光干涉儀引力波天文台)科研團隊宣布，他們於2015年9月14日發現了來自於13億光年外的引力波。

　　那麼，這個神秘的引力波究竟是什麼東西？為何會激發大眾的如此興趣？引力波技術的發展到底會對經濟造成什麼樣的影響？

　　引力波，是時空曲率的擾動以行進波的形式向外傳遞。引力輻射是另外一種稱呼，指的是這些波從星體或星系中輻射出來的現象。101年前，愛因斯坦發表廣義相對論，革新了牛頓力學的機械世界觀。他創造性地提出，引力是時空彎曲的結果。根據相對論，當天體的質量分布發生變化時，將引發時空曲率的變化，並且以波動的形式傳播，這就是「引力波」。

　　為了使大家直觀地理解引力波概念，打個形象的比喻：宇宙時空類似於床墊，黑洞或恆星等巨大的天體類似於重重的鉛球，行星則類似於小小的乒乓球。當鉛球放置在床墊上時，會壓出一個凹坑，從而迫使鉛球周圍的乒乓球向著它靠攏，看起來似乎是鉛球和乒乓球相互吸引。因此時空「床墊」的彎曲，等價於物體之間的引力。當天體質量發生變化(例如旋轉或運動)時，相當於鉛球在床墊上滾動，導致的床墊變形以震動(波)的方式向外擴散，就形成了「引力波」。因此，有人把引力波詩意地稱之為「時空的漣漪」。

　　LIGO發現的引力波，正是起源於13億光年以外的一次宇宙「滾床單」事件：13億年前，兩個相當於36個與29個太陽質量的巨大黑洞合併，合併後形成的新黑洞相當於62個太陽，而損失的3個太陽的質量則轉換成能量，並以引力波的形式向浩渺的太空四周輻射。其中的一小綹引力波漣漪經過13億年的漫長旅行，一頭撞進了地球LIGO的探測器中，留下了一聲短暫而響亮的啼音，宣告了人類引力波探測新紀元的開端。

　　那麼引力波的發現，究竟意味著什麼？

　　毫無疑問，引力波的存在，從實驗角度進一步證實了愛因斯坦101年前提出的廣義相對論的正確性。然而，引力波技術對我們人類的科技進步會有什麼影響呢？讓我們先回想一下感人的《給我三天光明》這篇文章吧。

　　海倫·凱勒從小耳聾目盲，生活在無盡的黑暗與寂靜之中，她只能依靠自己的觸摸來感受這個精彩的世界。而在此之前，我們的天文學家也比海倫好不了多少：他們只能依靠電磁波望遠鏡(光學望遠鏡、射電望遠鏡等)來捕捉來自太空深處的微光和似有還無的電磁波。由於電磁波在傳播過程中極容易被吸收耗散，我們探測到的遠太空的電磁信號要麼十分微弱，要麼乾脆消失在了茫茫太空的背景輻射噪音中。而引力波則不同，它的穿透性奇強，可以毫不費力地穿越像地球這樣的星體。因此，天文學家將利用引力波天文台探測到諸如此次發現的十幾億光年乃至更遠的太空事件。

　　如果把電磁波望遠鏡比喻成人類觀望宇宙景象的近視眼，那麼引力波天文台將成為聆聽宇宙呢喃細語的「順風耳」。不僅如此，引力波天文台還有望捕捉到來自大約137億年前宇宙大爆炸(BigBang)時遺留下來的引力波動，從而幫助天文物理學家們去探測宇宙初生時的秘密。

　　讀者可能會問：這一切到底對我們的日常生活有多大影響呢？我的回答可能會令大家有些失望：短期內(30年內)引力波技術應該對我們的日常生活不會有很大影響。長期來看，引力波技術則有可能完全顛覆我們的經濟、生活形態。

　　回到1903年，萊特兄弟用幾塊木材拼裝起來的雙翼飛機在塵土飛揚的牧場跑道上蹣跚起飛，僅僅飛行十來分鐘就被迫降落。當時的飛機只是少數科技「發燒友」的業餘愛好，幾乎沒有公眾對飛機的「處女飛行」產生興趣，更沒人指望搭乘飛機翱翔天際，跨越大洋。但僅僅50年後，航空技術就發展到了令人瞠目的階段——可以搭載400多人的巨無霸波音747客機在1959年橫空出世！而不久之後，「協和式」超音速客機也躍上了藍天。1945年的電子計算機還需佔據整整一個房間，但它的計算能力卻還不如現在蘋果手機上的一塊指甲大小的電腦晶元！

　　要說引力波技術對我們現在的日常生活的影響，首先，引力波對人體基本上沒有任何危害。現在看到一些所謂的「引力波屏蔽衣」純屬杞人憂天的產品。沒有任何科學證據表明引力波會對孕婦或老人孩子造成什麼不良影響。而且引力波雖然攜帶能量，但其能量非常微弱，人體接受到的平均引力波能量更是微乎其微，幾乎相當於南美洲一隻螢火蟲的光照射到上海的我們身上。因此，大家沒有必要恐慌。另外，引力波的穿透力極其強大，穿越地心上千公里的岩層都不會被吸收，憑藉薄薄的幾毫米衣料對引力波何以產生作用？

　　引力波穿透性特彆強的這個優點，使得引力波技術有可能發展成為下一代的通信技術手段。引力波通信技術發展的結果，幾乎可以肯定會使得光纜通信、有線電視成為歷史。而且引力波無處不可以傳播的特點，將使得移動通信更加方便和廣泛。然而，引力波的能量太弱，會使得引力波的製備成為難點，因此推測起來其會先用於遠程太空通信，而不是用於日常生活通信中。更為遙遠的應用是引力波的屏蔽。走進能屏蔽引力的機器，就可以騰空而起，飛機將由此進入歷史博物館。不過，引力屏蔽技術是否可能，目前還不能完全確定。

　　而引力波探測技術的應用，本身並不對我們的日常生活產生直接影響，但引力探測的技術進步將給天文學、天體物理學甚至基礎理論物理學(主要包括相對論和量子力學這兩大領域)帶來深刻影響。如果這樣，引力波時代的來臨，不啻一場技術革命的前奏。

　　如果廣義相對論和量子力學能因此最終統一，形成「統一場論」，這個影響將比肩於牛頓1789年發表《自然哲學的數學原理》和1915年愛因斯坦發表的廣義相對論。由此開創的技術新紀元，是現在所難以想像的。因此，可以毫不猶豫地說，如果引力波的探測被證實，我們實際上已經掀開了宇宙神秘面紗的一角。

　　讓我們為引力波時代的蒞臨歡呼吧！

　　(作者系航空工程師、資深科學迷)