在我們還沉浸在猴年的愉悅中時(shí)，科學(xué)界一重大發(fā)現(xiàn)，讓我們?nèi)f分激動(dòng)。"我們成功檢測(cè)了引力波！"美東時(shí)間2016年2月11日10點(diǎn)30分（北京時(shí)間23點(diǎn)30分），美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）執(zhí)行主任大衛(wèi)o瑞茲宣布。

2016年恰好是愛因斯坦提出相對(duì)論的一百周年，但是愛因斯坦當(dāng)時(shí)預(yù)言引力波存在的同時(shí)，也預(yù)言了引力波是不可探測(cè)的。顯然，人類科技進(jìn)步的速度在百年時(shí)間內(nèi)也超出了愛因斯坦當(dāng)年的想象。

這次探測(cè)到的引力波是由13億光年之外的兩個(gè)黑洞在合并的最后階段產(chǎn)生的。據(jù)了解，13億年前的地球充其量還只有低等生命的存在，然而那時(shí)候遙遠(yuǎn)外太空里一顆質(zhì)量為29倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞與另外一顆36倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞緩慢地靠近了，它們相互繞轉(zhuǎn)，最后碰撞并合在一起，并撥動(dòng)宇宙的琴弦--發(fā)出引力波。引力波以光速傳播，在走了漫長(zhǎng)的13億年后，如今正強(qiáng)烈地?fù)軇?dòng)著2016年地球人的心弦。

作為一個(gè)普通大眾，我們?cè)诒桓鞣N社交媒體刷屏的"引力波"洗腦的同時(shí)，卻很少有人知道，引力波到底是什么？為何捕獲它如此之難？它對(duì)人類有何意義？

引力波，其實(shí)我們并不陌生

在去年獲得科幻小說(shuō)大獎(jiǎng)的《三體》里面，人類用來(lái)和三體星人抗衡的武器，就是引力波發(fā)射裝置。在小說(shuō)故事里，主人公羅輯發(fā)現(xiàn)"黑暗森林"法則之后，威脅三體星人要將對(duì)方的星空坐標(biāo)通過(guò)引力波廣播出去，將對(duì)手暴露在更加兇險(xiǎn)的未知敵人面前。三體星人因此就范，和人類達(dá)成了和平。

實(shí)際上，《三體》的作者劉慈欣并不只在這一部作品中引入了引力波的概念。在他的另一篇科幻小說(shuō)《朝聞道》中，引力波同樣成為了在宇宙間傳遞信息的工具：人類接觸到的高等宇宙文明，就是通過(guò)破譯引力波，獲得了宇宙終極問(wèn)題的答案。

此外，電影《星際穿越》的科學(xué)顧問(wèn)基普·托爾內(nèi)參與寫劇本時(shí)，講述了人類是怎樣在觀測(cè)引力波的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)了那個(gè)足以拯救全人類的"蟲洞"的。當(dāng)《星際穿越》上映時(shí)，托爾內(nèi)預(yù)計(jì)人類會(huì)在10年之內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)引力波的觀測(cè)，因此他在電影設(shè)定中，把發(fā)現(xiàn)"蟲洞"的時(shí)間安排在了2019年。而現(xiàn)在，科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)比托爾內(nèi)的估算提早了3年。

引力波是愛因斯坦廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的拼圖

據(jù)介紹，引力波是一種時(shí)空漣漪，如同石頭被丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋一樣。黑洞、中子星等天體在碰撞過(guò)程中有可能產(chǎn)生引力波。

100年前，愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在。根據(jù)廣義相對(duì)論，引力是由于質(zhì)量所引發(fā)的時(shí)空扭曲所造成，任何有質(zhì)量的物體加速運(yùn)動(dòng)都會(huì)對(duì)周圍的時(shí)空產(chǎn)生影響，其作用的形式就是引力波。雖然引力波無(wú)處不在，但是非常微弱，只有像超新星爆發(fā)、中子星與黑洞等天體相撞，才會(huì)產(chǎn)生足夠強(qiáng)烈的引力波。

探測(cè)引力波不僅可以直接驗(yàn)證廣義相對(duì)論中最重要的預(yù)言，還可以獲得很多傳統(tǒng)天文學(xué)手段無(wú)法獲得的天體物理信息，研究暴漲和相變等極早物理過(guò)程，為人類開啟觀測(cè)宇宙的新窗口。

因此，世界科學(xué)界公認(rèn)，引力波探測(cè)是難度最大的尖端科技之一，也是一項(xiàng)意義重大的物理學(xué)基礎(chǔ)研究。100年來(lái)，也不斷有實(shí)驗(yàn)聲稱直接探測(cè)到了引力波，并造成過(guò)全球轟動(dòng)效果，其中比較有名的案例包括20世紀(jì)60年代的韋伯實(shí)驗(yàn)，以及2014年的BICEP實(shí)驗(yàn)，但后來(lái)都被證明是烏龍。

作為愛因斯坦廣義相對(duì)論中最重要但一直未被證實(shí)的預(yù)言，引力波是物理學(xué)王冠上最耀眼的一顆明珠，如果探測(cè)成功，將是人類認(rèn)知史上具有里程碑意義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

捕獲引力波為何那么難？

引力波是非常弱的一種信號(hào)，弱到連愛因斯坦本人都曾懷疑能否建造足夠靈敏的探測(cè)器，探測(cè)引力波很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被視為"不可能完成的任務(wù)"。

從2015年9月起，一個(gè)未經(jīng)證實(shí)的消息開始在物理學(xué)界流傳開來(lái)。

據(jù)說(shuō)經(jīng)過(guò)了幾年升級(jí)改建的先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)（advanced LIGO）在重新開始工作之后的一個(gè)星期內(nèi)就探測(cè)到了引力波的信號(hào)。此前這個(gè)傳言一直沒(méi)有得到官方的證實(shí)或否認(rèn)--這個(gè)態(tài)度被很多人認(rèn)為算是一種默認(rèn)。如今，傳言終于得到了證實(shí)，升級(jí)之后aLIGO的兩個(gè)探測(cè)器探測(cè)到了距離地球13億光年之外的兩個(gè)黑洞在合并過(guò)程中放射出的引力波，這是在愛因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論一百年之后，人類第一次發(fā)現(xiàn)引力波存在的直接證據(jù)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)將以一系列論文的形式發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（PRL）雜志和《天文期刊》（The Astrophysical Journal）雜志上。

LIGO科學(xué)合作組織的研究成員、加州理工學(xué)院物理學(xué)教授陳雁北認(rèn)為，引力波攜帶的能量很大，但實(shí)際對(duì)物質(zhì)產(chǎn)生的作用卻十分微弱，這也是探測(cè)它很困難的原因。如果把引力波在地面附近的能量流單位時(shí)間和面積算一算，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它不能挪動(dòng)電荷，所以作用很微弱。

"如果把時(shí)空類比為彈簧，那么一定是一個(gè)很硬很硬的彈簧，用很大的能量才能壓動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn)。"陳雁北說(shuō)，如果某人站在引力波波源附近，而引力波向此人正面襲來(lái)，從理論上說(shuō)人會(huì)變得矮胖，再抻長(zhǎng)，再變矮胖……如此反復(fù)，但實(shí)際上在地面是很難探測(cè)到引力波的。

國(guó)內(nèi)外譜寫千帆競(jìng)發(fā)，百舸爭(zhēng)流畫面

引力波首先由愛因斯坦在100年前預(yù)測(cè)，此次對(duì)它的發(fā)現(xiàn)，除了能夠檢驗(yàn)廣義相對(duì)論之外，還有助于證明其它版本的引力理論正確與否，還將推動(dòng)引力量子化的研究，最終把引力融入其它三種基本相互作用。它能夠讓我們回望宇宙大爆炸最初瞬間，檢驗(yàn)宇宙大爆炸理論的正確與否。因此霍金將之稱為"很可能引發(fā)天文學(xué)革命"的大事件。

而引力波的發(fā)現(xiàn)必然會(huì)刺激各國(guó)的引力波研究，在美國(guó)的LIGO計(jì)劃開始之后，歐洲也開始進(jìn)行引力波探測(cè)計(jì)劃；日本開始建造大型的KAGRA引力波探測(cè)器；前些年，印度也開始加入了引力波探測(cè)的行列；而在中國(guó)，"天琴計(jì)劃"也正在如火如荼進(jìn)行著。

引力波，究竟有啥意義？

幾千年來(lái)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(guò)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察，影像固然更加清晰，但所看到的仍然只限于可見光的頻率范圍之內(nèi)。直到二十世紀(jì)，人類理解了電磁學(xué)，才能從紅外線到伽馬射線，在更廣闊的頻率范圍內(nèi)觀測(cè)宇宙。想要看清宇宙的面貌，僅僅通過(guò)電磁波還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，中微子為宇宙學(xué)家們打開了又一扇門，通過(guò)藏在地下的一個(gè)個(gè)中微子天文臺(tái)，人類才多了一個(gè)觀測(cè)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(cè)到引力波，人類將會(huì)增加一個(gè)非常獨(dú)特而靈敏的宇宙學(xué)觀測(cè)方式。

正可謂謀事在人，成事在天。引力波的發(fā)現(xiàn)是和人類歷史上許多偉大發(fā)現(xiàn)一樣，是一個(gè)偶然。就連愛因斯坦都不敢想象，我們真的探測(cè)到引力波！

包括中國(guó)科學(xué)家在內(nèi)的多國(guó)科學(xué)家認(rèn)為，新發(fā)現(xiàn)不僅填補(bǔ)了廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的拼圖，讓現(xiàn)代物理學(xué)的根基更加堅(jiān)實(shí)，也意味著科學(xué)家抓住了揭開宇宙奧秘的鑰匙，有助于了解宇宙的起源和運(yùn)行機(jī)制。

南非夸祖魯-納塔爾大學(xué)的引力波研究專家馬寅哲說(shuō)，天文學(xué)的發(fā)現(xiàn)幾百年以來(lái)主要靠電磁光譜的測(cè)量，射電、光學(xué)、紅外等從"看"的角度觀測(cè)宇宙，引力波的發(fā)現(xiàn)則從"聽"這一完全不同的角度進(jìn)行天文觀測(cè)，引力波天文學(xué)這一學(xué)科的大門徹底被打開。引力波將成為探測(cè)黑洞質(zhì)量、測(cè)量宇宙距離等問(wèn)題的新窗口。

那能否借助引力波實(shí)現(xiàn)星際航行、時(shí)空穿越或者星際通信呢？陳雁北教授認(rèn)為，從理論上講，有可能向一個(gè)正在合并的雙黑洞發(fā)射一個(gè)疊加的引力波，可望產(chǎn)生一種引力波放大效果，但實(shí)際上不太可能實(shí)現(xiàn)。此外，由于引力波本身造成的時(shí)空彎曲是很小的，所以借助引力波穿越時(shí)空、回到過(guò)往并不現(xiàn)實(shí)。

加州理工學(xué)院物理系教授魏因施泰也認(rèn)為，引力波離應(yīng)用階段還很遠(yuǎn)，現(xiàn)在談"借助引力波時(shí)空旅行"等之類的科學(xué)幻想以及設(shè)想還為時(shí)太早，利用引力波的宇宙通信也只是一種微弱的可能。

朝聞道，夕可死矣

劉慈欣的小說(shuō)《朝聞道》中，掌握宇宙終極理論的外星文明"排險(xiǎn)者"造訪了地球。在那個(gè)世界里，尋找終極理論所必須的能量，將導(dǎo)致我們所在的宇宙毀滅;而為了多重宇宙的安全，他們又不能直接把終極理論的細(xì)節(jié)告訴人類。但是一位地球物理學(xué)家提出，可以繞過(guò)這個(gè)所謂的知識(shí)密封準(zhǔn)則：

"你把宇宙的終極奧秘告訴我，然后毀滅我。"

事就這樣成了。他們用自己的生命，換取了短暫而永恒的領(lǐng)悟。

如果終極理論必將導(dǎo)致毀滅，那么排險(xiǎn)者是如何得到它的呢？在小說(shuō)中，答案就是引力波。上一個(gè)宇宙尋找終極理論的努力引發(fā)了真空衰變，但是在最后關(guān)頭，他們將獲取到的知識(shí)編碼在引力波之中，發(fā)射了出去。排險(xiǎn)者是我們宇宙中的第一個(gè)文明，也是唯一一個(gè)在引力波衰減到不可讀之前破譯了它的文明。

其實(shí)，我們并不知道宇宙產(chǎn)生一個(gè)文明需要多久，畢竟引力波和物質(zhì)之間的相互作用極度微弱，衰減也是極度緩慢的。記得劉慈欣在《三體》中用黑暗森林理論來(lái)解釋費(fèi)米悖論--為什么我們看不到外星人，但是現(xiàn)實(shí)中，有兩個(gè)更加簡(jiǎn)單的可能解釋：第一，智慧文明的誕生也許極端困難、極端罕見；第二，我們有可能是宇宙間第一批（甚至第一個(gè)）文明。

在這個(gè)意義上，我們也許將是最初和最后的人。宇宙并不在乎其間發(fā)生了什么，它自會(huì)按照自己的規(guī)律運(yùn)行；而我們誕生在了一個(gè)幸運(yùn)的時(shí)刻，或許能在不久的將來(lái)目睹終極理論的誕生，甚至可能將是唯一親自見證這一瞬間的文明。宇宙最不可理解的事情在于它竟然是可以理解的，而倘若我們真的理解了它，那將何其有幸！朝聞道，夕死可矣；我們都將死去，但哪怕我們所創(chuàng)造的一切都將化為灰燼，我們依然能知道宇宙初生的那個(gè)黎明，和宇宙最終滅亡的那個(gè)夜晚。我們將憑知識(shí)超越時(shí)空--而今天，我們將在這條道路上邁出小小的又一步。

誠(chéng)然，不管是一大步還是一小步，只要能帶動(dòng)這個(gè)社會(huì)的進(jìn)步。

而引力波的探測(cè)，就是一個(gè)時(shí)代的開始，天文學(xué)領(lǐng)域終將不是紙上談兵。

其實(shí)從天文科學(xué)界的引力波，可以聯(lián)想到我們社會(huì)生活中的引力波，我們每一個(gè)人都可以制造引力波，當(dāng)一些符合核心價(jià)值觀的大事件發(fā)生時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生引領(lǐng)社會(huì)風(fēng)氣的無(wú)形的波，這就是引力波，即我們一直稱之為的"正能量"。