渐近耳畔的“宇宙之音”

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1、渐近耳畔的“宇宙之音”　　引力波曾被很多人比喻为宇宙的“声音”。正如在我们的日常生活中，声音是不可分割的一部分，是人们对外界事物感知的重要途径之一，引力波的作用也类似于此。一经证实，整个科学界都在沸腾，这是科学史上又一次具有划时代意义的事件。　　众所周知，宇宙所有物质和能量之间都存在着引力，比如说，物体在地球上的重量便是由地球对其的引力所致。尽管引力是人类最早认识的一种基本作用力，但人们对它的认识始终不太清楚。因此，无论是在理论还是实验领域，物理学家们对引力仍然探索不止。　　一个世纪前，爱因斯坦预测了引力

2、波的存在。对于它们的存在，近百年来，科学家们只能找到间接的证据。而在美国华盛顿当地时间2016年2月11日这一天，这个百年前的伟大预言终于被证实。当天上午，激光干涉引力波观测台（LIGO）实验组召开新闻发布会，告诉全世界，首次直接观测到了由2颗恒星级黑洞13亿年前并合产生的引力波。这是科学史上又一次具有划时代意义的发现。那么，究竟什么是引力波？它为什么如此重要？　　是什么――白话“引力波”　　如果把引力比作大海，那么引力波就是大海中波浪的激荡。在了解引力波之前，让我们先来说一说引力是什么。7　　引力全称万

3、有引力，又称重力相互作用，它是指具有质量的物体之间加速靠近的趋势，简单说就是物体之间相互吸引的作用力。它是自然界的四大基本相互作用力之一，也是自然界中最普遍存在的力，可以说是无处不在。2016年2月11日，在美国首都华盛顿举行的新闻发布会上，显示屏展现出科学家们捕捉到的引力波信号图像。　　中国科学技术大学物理学院教授蔡一夫解释说，在经典力学中，万有引力被认为是带有质量的物体之间所存在的相互作用。然而，在爱因斯坦的广义相对论中，万有引力是由于存在质量对时空的弯曲所造成的现象。“广义相对论认为，物质的质量会使

4、得时空弯曲。比如说一个人坐在沙发上时，原本平整的沙发表面就立刻会向下凹陷，出现一个坑，而之前放在沙发周围的物体就有向坑中间滑落的趋势，于是就产生了万有引力。”　　“在宇宙空间也是一样，比如把太阳、地球、恒星、黑洞等大质量的天体放在时空中，时空就会形成‘凹陷弯曲’，万有引力也就产生了。”美国麻省理工学院物理系研究员苏萌说。　　由此可见，在爱因斯坦广义相对论的视野里，引力等价于弯曲的时空。而引力波就是在弯曲时空这个大背景下，当发生有质量的物体加速运动导致的扰动时，由此产生的波动如波纹一样向外传播的现象。蔡一夫

5、拿蹦床举例进一步解释说，“7如果一个运动员站在蹦床上，他站着的那个位置就会形成一个凹陷，也就是我们所说的弯曲。如果这个运动员在那里一动不动的话，那个弯曲就像被扳弯的钢尺一直紧绷在那里。这种紧绷其实是在储存能量。如果他稍微动一动，跳一下，这个蹦床就会把他弹起来。为什么会被弹起来呢？就是因为之前储存的能量释放了。这种释放不仅是把人弹到了空中，而且使得这个蹦床表面从一开始紧绷的静止状态一下子变成反复起伏、上下翻滚的褶皱状态，这个起伏翻滚并传开来的褶皱就可以理解成一个波动的传播，即产生了引力波。”　　蔡一夫说，如

6、果把宇宙空间比作蹦床，把黑洞比作蹦床运动员，它在宇宙这个大蹦床上通过碰撞、并合等方式蹦了一下，就会把之前储存的巨大能量释放出来，这种行为会扰动周围的时空，造成起伏和震动，这个能量就会以引力波的形式传递出去。这种起伏的程度越大，波动就越大，引力波也就越强。　　探测难――迷你数值的顽强阻碍　　只有宇宙中发生爆炸性大事件时产生的引力波，才相对容易探测到，比如黑洞并合、星系合并、超新星爆炸等。100年前，爱因斯坦在预言引力波存在时就曾说：“这些数值是如此微小，它们不会对任何的东西产生显著的作用，没人能够去测量它们

7、。”事实的确是这样，万有引力虽然无处不在，但它却是我们已知物理世界中最弱的力。尽管它的很多行为类似电磁波，但是对它的波动性的探测却比登天还难。　　其实，我们日常生活中就有无数引力波的存在。每天我们的身体都在接受引力波的穿透，因为任何带有质量的物体加速运动都会产生引力波，但是这些日常的引力波都太弱了，完全检验不到，更别提感受到了。由三个探测器组成的等边三角形，每个探测器距离数百万千米，这样干涉臂的长度就远远超过地面上的引力波探测装置。　　蔡一夫说：“7举个例子，大家知道太阳每天都会照射到地球上，我们从而能感

8、受到阳光。太阳的光线是从太阳那里出发落到我们身上。那么，这个传播的过程是什么？就是电磁波的传递。万有引力也是一样，太阳给我们阳光的同时，也给我们引力辐射，这个过程就是引力波的传递。这个引力作用也是从太阳那里出发到我们身上的，只不过我们看不到和感受不到而已。”　　既然引力波那么弱，那么人类怎样才能探测到引力波呢？　　“可以去探测大强度的引力波。引力波的强度跟天体的质量和运动剧烈程度有关。天体质量越大，运动越激烈，产生的引力波就越