一篇文章讓你徹底讀懂引力波

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2016年，科技界最爆炸的新聞無疑就是引力波首次被地球直接探測到。也許大多數的人根本就不知道引力波是什麼，也搞不懂為什麼引力波被探測到這個新聞會引爆了全世界的熱情。那麼到底，引力波是一種什麼東西呢，今天筆者便用直白的語言，給大家說一說引力波到底是什麼。

我們先來看看這個名字——引力波，顧名思義，它由引力和波兩個部分構成。我們先來談談什麼是波。你在日常生活當中有沒有感受過什麼波的存在嗎？往平靜的水面上扔一塊石頭，石頭會在水面上激起很多的漣漪，這就是水波，所以水裡面是可以產生波的。

那麼我現在再來請你思考一個問題，魚，生活在水裡的魚它能不能意識到水的存在？魚由於每天都生活在水裡面，它是意識不到水的存在的。

那麼水波對於魚來說，就更加難於察覺。因為當這個水波流過魚身邊的時候，魚只不過是跟著水一塊波動，它並不會意識到自己在動。這就好像你坐在一輛非常平穩運行的高鐵上，如果不看窗外的風景，你根本是意識不到你自己在動一樣。

那麼愛因斯坦是怎麼看待這個問題的呢？根據愛因斯坦的觀點，我們人就好像魚一樣，我們生活在空間當中，但是反而意識不到空間的存在。或者換一句話來講，對我們來說空間是天然的背景，它太自然了，自然到你都不會去注意它。但其實這個空間對我們來說就好像水對於魚一樣，它也是一種物質，它也可以像水一樣發生波動。

解釋完了什麼是波，我們來解釋一下什麼是引力。萬有引力，很簡單，你扔一個東西，它就會掉到地上，好像這個被扔出去的東西是感受到了一種力把它拽到地面上的。

這個時候愛因斯坦又來了，愛因斯坦說引力不是一種力，而是一種空間的扭曲和變形。這個聽上去非常拗口，什麼意思呢？我們來做一個簡單的思維實驗。

你先想像一張床單，這個床單都見過，我們找四個人，每個人拉住床單的一個角把它張平了。這個時候你在床單的比較靠邊的位置，你放一個小小的乒乓球。這個乒乓球很輕，所以它肯定是會很安靜地待在床單上的。

這個時候你再拿一個更加重的球，比方說是一個保齡球，保齡球非常重。你把它放在床單的中央，由於這個保齡球太重了，它會把床單壓下去，這個床單會向中間凹陷，它肯定會影響到旁邊的乒乓球。這個乒乓球就會沿著床單的凹陷向保齡球滾過去，所以總體的感覺就好像乒乓球是受到了保齡球的吸引一樣，好像保齡球也對乒乓球產生了一個吸引力。

那麼愛因斯坦認為，其實我們的空間跟這個床單是一樣的，我們的空間是一個整體，那為什麼地球會對周圍的事物產生所謂的萬有引力呢？地球就好像這個保齡球一樣， 會使周圍的空間發生像床單一樣的扭曲和凹陷，周圍的物體它不是感受到了地球的存在，它也不是感受到地球對它有一個引力，而是地球把空間扭曲了，這些物體自然而然地就向扭曲的方向運動，宏觀上看上去就像被地球吸住了。

所以引力不是一種力，引力是一種宏觀的效果。本質上是地球或者說任意一顆大的星球的存在，讓周圍的空間像床單一樣發生了扭曲。

你現在知道了什麼是波，你也知道了什麼是引力，我們現在來把它結合起來，那就是引力波了，我們還差一步。

繼續用這個床單的實驗。如果我用一隻手按在這個床單上的保齡球上面，我上下不斷地去按它，一上一下就像拍皮球一樣。這時候這個床單肯定是一會深一會淺，深深淺淺，就會形成上上下下的振動。那這個振動的總效果就跟一個波一樣，所以引力波的本質就是空間發生了扭曲，而且這個扭曲還不是固定的，它可能一會兒大一會兒小，像水波一樣上下振動，規律地變化，這個就是引力波。

所以我們終於講明白了，其實引力波就好比在水裡扔了一塊石頭產生的水波一樣，對應的就是你在空間中扔了一個星球，這個星球在空間中突然地出現，它會讓空間扭曲產生一定的漣漪，這個漣漪就叫做引力波。

本質上你一定是要把空間當成一種物質，它也能受到扭曲，它也能受到變化。那我們的空間受到的扭曲跟變化還有一種規律的抖動，這個就是引力波。

為什麼引力波那麼難以被檢測到，讓人類花了100年的時間。這個原因其實非常非常簡單，就是引力波實在是太弱太弱太弱了，弱到沒有辦法被察覺。

那你可能會說引力怎麼會弱呢？地球上那麼多的東西全都被吸在地球上的。我們說引力小，那得看它跟誰比。

現在假設我們有一根鐵釘掉在地上，它是在引力的作用下，被吸在地面上。但是同時這顆鐵釘它又可以很輕鬆地被一塊極小的磁鐵給吸起來，但是一塊磁鐵才多大點，地球可是如此巨大的龐然大物，這麼大個地球，它的力道還沒有一塊小磁鐵大，你說它的引力是強還是弱呢？所以說引力跟磁力比起來簡直是弱得可憐。

那麼引力比磁力要弱多少呢？簡單來說，可以這麼講，我們的地球比一塊磁鐵大多少倍，引力差不多就比磁力弱多少倍。

所以說，引力波的強度實在是太小了，我們人類以前的科學儀器對於小的引力波根本就檢測不到。

那為什麼在2016年的時候，整整過了100年我們又檢測到引力波了呢？是因為在宇宙中發生了一件大事情，那是一件什麼大事呢？就是兩個大黑洞它們合體了，它們並在了一塊變成了一個完整的黑洞。

那你可能就要問了，為什麼得是兩個黑洞合在一起才能在宇宙中鬧出這麼大動靜呢？光一個黑洞難道不能鬧出什麼大的動靜嗎？

一個黑洞只是引力大，我們再回顧一下那個張開的床單上放一個保齡球的例子。

如果這個床單上面只是安靜地放著一個很重的保齡球，一個黑洞相當於一個很重的保齡球，它會把床單壓得非常深，但是床單是不會動起來的，它只能扭曲空間，所以一個黑洞不會產生什麼明顯的引力波。

但是這個時候如果第二個保齡球進來那就不一樣了，這兩個保齡球如果還發生了激烈的碰撞，那你可以想像這個床單必然是被攪得天翻地覆，這個引力波肯定就非常明顯了。

所以說我們來總結一下為什麼要兩個黑洞，而且這兩個黑洞它還要碰撞。

第一，只有兩個黑洞碰撞了，宇宙這個空間的床單才會被攪得天翻地覆，才會有動靜。

第二，它們必須得是黑洞這樣引力極大的天體，才能夠保證這個動靜很大，大到我們可以探測到。

所以說本質上不是我們的實驗儀器進步了，而是我們等了整整100年才等到了這麼兩個黑洞合體的奇蹟。但是你千萬不要覺得100年時間很長，要知道我們的宇宙已經存在了150億年。如果把這150億年比作宇宙的一年，這100年對宇宙來說真的是過了一秒鐘都不到。

所以說並不是這個事情發生的次數很少，只是我們人類太渺小，活的時間太短了。你看長短的相對性又出來了，我們跟蚊子比我們活得是足夠長，但是我們跟宇宙的年齡比我們是太微不足道了。