造物者的另一种声音



造物者的另一种声音

2016年2月11日，一则新闻震动了人类世界，而新闻内容则事关宇宙中一种最微弱的声音。

这个声音据说是在2015年9 月14日，被位于美国的两个科学装置听到的。科学家们等这一天等了多少年？从爱因斯坦预言它的存在开始，人类等了整整一百年。当然这么说并不严谨，因为爱因斯坦之后的物理学家们，在很长一段时间内，并没有真的相信我们可以“听到”它。直到大约五十年前，一位探测这种声音的先驱，约瑟夫·韦伯才在马里兰大学建造一种天线来听它。但是他没有成功，他的后辈用他发明的类似天线也没有听到。

这种声音就是引力波。

如今，LIGO听到了，不仅听到了，还知道它来自于什么：两个巨大的黑洞合并，其中一个黑洞的质量大约是太阳的36倍，另一个大约是太阳的29倍，合并之后的黑洞却只有62个太阳质量。整整3个太阳丢失了，丢哪儿了？变成引力波的能量了。正因为如此巨大的引力波能量，才能使得远在13亿光年外的地球人听到。大家知道，光波的传播速度是每秒三十万公里，引力波的速度也是如此。因此，当这两颗黑洞合并的时候，地球上人类还不存在，事实上，连恐龙也不存在。

根据物理理论，宇宙中只存在两种以光速传播的波，一种是光以及和光同类的电磁波——手机用的电波就是，另一种就是引力波了。

那么，引力波到底是什么？

当你说话时，别人会听到你，这是因为你的声带振动带动了空气振动，然后你的耳膜接收到了空气振动。空气的声速比光速小多了，只有每秒340米，比光速小了88万倍。一条鱼在水里摆动尾巴，也会产生水波。不论是声波还是水波，在宇宙中都不是“基本”的，因为它们是介质的振动造成的。光波呢？理论上预言电磁波的英国物理学家麦克斯韦认为是一种叫以太的介质的振动造成的。还是爱因斯坦，他的狭义相对论认为光波不是任何介质的振动，光是一种基本的波，它就存在在那里。同样是爱因斯坦，认为光波不过是一种宏观现象，真正存在的是叫光子的基本粒子，光波不过是多得无法想象的光子组成的。

因为光子是基本粒子，它不可能是任何介质的振动造成的。

在推翻以太以及提出光子的十年后，爱因斯坦发现了他的广义相对论，其实就是他的万有引力理论。不同于牛顿，爱因斯坦认为，万有引力虽然存在，真正造成万有引力的是时间和空间的弯曲。

在任何一个质量周围，时间和空间都弯曲了，这样，它周边的物体会感到这种弯曲，然后循着最短的线走。太阳造成时间空间弯曲，地球在这个弯曲时空中循着最短的线走，也就是围绕太阳在转。月亮是在地球造成的弯曲时空中走。我们人类会不会造成时空弯曲，当然会，不过，弯曲的程度太小了，使得你不会绕着我转。

需要地球这么大的质量，才能让我们体会到我们的体重，我们的体重就是地球对我们的引力。

然而，无论是太阳还是地球，它们造成的时空弯曲是静态的，时空的弯曲没有波动。什么样的东西会发出引力波？我们回顾一下电磁波是怎么产生的。麦克斯韦提出他的电磁理论之后，很快就发现，如果电荷分布不是静止的，他的著名方程就预测电磁场也不是静止的，而且还会有电磁波产生，电磁波无非是波动形式的电磁场，电场和磁场以波的形式在空间中传播。麦克斯韦还发现，电磁波的传播速度与光速一样，他干脆就说光也是电磁波。在麦克斯韦预言电磁波存在22年之后，赫兹利用电火花在锌板间振荡产生了第一个人造电磁波。

电火花振荡也就是电荷之间存在相对运动。这样，我们很容易推测如何产生引力波了，那就是质量之间的相对运动。引力波容易产生吗？当然太不容易了。举个例子，地球绕太阳运动发出的引力波的功率只有两百瓦！你家的电磁炉的功率都比它大。所以，我们需要质量巨大的天体，同时尺寸不那么大的天体，才能辐射出比较强的引力波。

我总觉得，宇宙是一项阴谋，比黑客帝国巨大得多的阴谋，宇宙中所有发生的事，造物者或迟或早会告知人类。我们看到引力波的“天眼”，才刚刚睁开。

（摘自《南都周刊》2016年第5期 李淼/文）