專家與媒體面對面：談?wù)勔Σ切┦?/h1>
2016-04-15 14:14:13
科學(xué)之友 2016年4期
作為2016年最為玄妙的科學(xué)理念、一說就會爆的詞匯，引力波具體是什么？與人們生活有著怎樣的聯(lián)系？又是如何被科學(xué)家探測到的？帶著這些疑問，3月中旬，山西省科協(xié)主辦，山西科技新聞出版?zhèn)髅郊瘓F(tuán)、科學(xué)之友雜志社承辦了關(guān)于“專家與媒體面對面：談?wù)勔Σ切┦隆钡膶ｎ}活動。參與互動的有新華網(wǎng)、科技日報、中國科學(xué)報、中國網(wǎng)、山西綜合廣播、山西日報、山西晚報、三晉都市報、山西新聞網(wǎng)、黃河新聞網(wǎng)、科學(xué)導(dǎo)報、山西科技報、山西科普網(wǎng)、大今網(wǎng)等十余家國內(nèi)主流媒體，內(nèi)容精要簡括如下。
專家觀點(diǎn)精粹：共揭引力波的神秘面紗
引力波是什么？
賈鵬：在宇宙中，有時就會出現(xiàn)如致密星體碰撞合并這樣極其劇烈的天體物理過程。過程中的大質(zhì)量天體劇烈運(yùn)動擾動著周圍的時空，扭曲時空的波動也在這個過程中以光速向外傳播出去。因此，引力波的本質(zhì)就是時空曲率的波動，也可以唯美地稱之為時空的“漣漪”。
引力波無處不在。除了黑洞碰撞會產(chǎn)生引力波外，地球、太陽的空間運(yùn)行也會產(chǎn)生引力波，只不過地球和太陽產(chǎn)生的引力波非常微弱，只能達(dá)到黑洞碰撞的千億分之一，以我們現(xiàn)有的技術(shù)還無法探測到這樣級別的引力波。黑洞合并很常見，科學(xué)家估計(jì)，在宇宙中每15分鐘就有一次黑洞合并的事件發(fā)生。黑洞合并會制造強(qiáng)大的引力波，這也是我們現(xiàn)在可以探測到引力波的原因之一。引力波的成功探測，使得相關(guān)天文學(xué)的序幕由此拉開。這一發(fā)現(xiàn)不僅驗(yàn)證了愛因斯坦的預(yù)言，也揭示了我們從來不知道的宇宙新行為。
引力波探測影響深遠(yuǎn)
薛海斌：探測到引力波對于物理學(xué)家的感受，就好比一個天生耳聾的人，一直“聽”別人說聲音的存在，突然有一天真的聽到聲音帶來的震撼。此外，引力波離我們的生活并不遙遠(yuǎn)，就像我們生活中的GPS定位系統(tǒng)。引力波的觀測意義不僅在于對廣義相對論的直接驗(yàn)證，更在于它能夠提供一個觀測宇宙的新途徑。
跟其他波一樣，引力波攜帶著能量和信息。傳統(tǒng)的觀測天文學(xué)完全依靠對電磁輻射的探測，而引力波天文學(xué)的出現(xiàn)則標(biāo)志著觀測手段已經(jīng)開始超越電磁相互作用的范疇，引力波觀測將揭示關(guān)于恒星、星系以及宇宙更多前所未知的信息。因?yàn)橐Σㄖ苯勇?lián)系著波源整體的宏觀運(yùn)動，而非如電磁波那樣來自單個原子或電子的運(yùn)動的疊加。因此，引力輻射所揭示的信息與電磁輻射觀測到的完全不同。電磁波只能讓我們看到大爆炸38萬年之后的景象，而引力波能夠讓我們回望宇宙大爆炸的最初瞬間。
大多數(shù)引力波源很難或根本無法通過電磁輻射直接觀測到（例如黑洞），它們與物質(zhì)的相互作用非常弱，在傳播途徑中基本不會像電磁波那樣容易發(fā)生衰減或散射，這意味著它們可以揭示一些宇宙角落深處的信息。例如宇宙誕生時形成的引力輻射至今仍然在宇宙間幾乎無衰減地傳播，這為直接觀測大爆炸提供了僅有的可能。
引力波是一種聲音嗎？
溫廷敦：引力波和我們熟知的聲波、電磁波存在相同之處，它們的波源都是某個物理量的擾動，并帶動周邊相關(guān)物理環(huán)境的變化得以傳播，不同之處在于被擾動的物理量不同。
我們看見的太陽散發(fā)出來的刺眼的光，與我們看不見的收音機(jī)、手機(jī)、衛(wèi)星發(fā)射和接受的電磁波，其實(shí)是同一個東西。“可見的光”是頻率在某個范圍的電磁波。近代研究電磁現(xiàn)象有一個重大發(fā)現(xiàn)，電磁波的傳播速度是恒定的，也就是光速是一個固定的數(shù)值。無論是在火箭尾焰上出現(xiàn)的光，還是在一架列車上向外打手電筒發(fā)出的光，“光”這種東西是不會因?yàn)樘幵谶\(yùn)動狀態(tài)下而提高速度的。就是這么一個別人都“習(xí)以為常”的問題，卻在愛因斯坦頭腦中縈繞了多年。最后，他提出了一個大膽的假設(shè)——光速不變，這是因?yàn)橐怨獾囊暯强矗赝窘?jīng)過的空間發(fā)生了折疊伸縮。當(dāng)某個人要加速的時候，道路突然變長了，然后它到達(dá)某個地點(diǎn)的時間還是固定的。我愿意把它稱為一種聲音，但引力波并不是聲音，聲音以音速在空氣中傳播，而引力波則是以光速傳播，并且可以在真空中傳播。2者都是一種震動，但引力波是一種全新的震動方式。LIGO天文臺將探測器連接到擴(kuò)音器，從而“聽到”引力波的聲音。
引力波不僅能讓我們看到肉眼無法看到的宇宙空間在發(fā)生什么，還能讓人類了解宇宙的過去，合理推斷出將來會發(fā)生什么。這看似很神奇，但想想《西游記》中如千里眼、順風(fēng)耳、嫦娥奔月等神奇的東西，現(xiàn)在不都實(shí)現(xiàn)了嗎？
從電影《星際穿越》談引力波
馮國龍：電影《星際穿越》中，主人公Cooper通過引力波穿越時間和空間給女兒Murph傳遞信息。正如有篇著名的影評所說：“能夠穿越星際的，不止是引力波，還有愛。”在現(xiàn)實(shí)中，引力波真實(shí)存在嗎？科學(xué)家們從來就沒有放棄過尋找引力波的蹤跡。
引力波是愛因斯坦廣義相對論中唯一沒有被直接證實(shí)的預(yù)言（存在間接證據(jù)）。通俗地講，引力波是宇宙中一種特殊的“時空漣漪”，因此也可以將其想象成在時空中的微小起伏。人們都知道萬有引力無處不在，但是為何引力波卻難以探測呢？因?yàn)槿f有引力太微弱，只有當(dāng)質(zhì)量達(dá)到如太陽、地球、月亮這樣的數(shù)量級，人們才能感覺到其存在，而引力波相比之下則更加微弱。
媒體問計(jì) 專家解惑
科技日報：5年前，民科郭英森在節(jié)目中提到了“引力波”，遭到主持人和嘉賓的嘲笑，現(xiàn)在民科郭英森覺得主持人應(yīng)該給他道歉，很多科學(xué)家認(rèn)為他是個空想家，是一個偽科學(xué)家。請問，溫教授，您對民科這些人是怎么看的？
溫廷敦：我覺得民科要推翻哪個理論，建立新的理論體系，首先得把這個理論吃透了，包括基本概念、緣由、背景、基本原理，等等。現(xiàn)在我所碰到的民科對現(xiàn)有的人類文明的自然科學(xué)知識和常識還沒有掌握全，就想推翻舊的，建立一套新的理論體系，這種現(xiàn)象不值得引導(dǎo)，要引導(dǎo)其歸位。不要超越自己的能力，超越人類現(xiàn)有的社會，去開辟另一個宇宙。
中國科學(xué)報：我國關(guān)于引力波的研究工作做得怎么樣？
賈鵬：目前，我國主要有三個大型引力波探測項(xiàng)目，一個是由中科院胡文瑞院士和吳岳良院士作為首席科學(xué)家的“太極計(jì)劃”，另外一個是由中山大學(xué)羅俊院士領(lǐng)銜的“天琴計(jì)劃”，相比較太極，它將位于地球之上的10萬千米軌道處，三個衛(wèi)星的間距也是大約在10萬千米之上。第三個是由中科院高能物理研究所主導(dǎo)的“阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”，阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃在我國西藏的阿里地區(qū)放置一個小型但具有大視場的射電望遠(yuǎn)鏡，從地面上聆聽原初引力波的音符。
山西晚報：引力波對老百姓來說應(yīng)不應(yīng)該了解？
薛海斌：其實(shí)引力波離我們的生活并不遙遠(yuǎn)，引力波是愛因斯坦廣義相對論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證最關(guān)鍵的一環(huán)，如果愛因斯坦廣義相對論被完整驗(yàn)證的話，我相信我們的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位會更精確，對我們發(fā)生自然災(zāi)害的救援工作也非常有幫助。如果你在深山老林中迷路，現(xiàn)在可能會花一夜才能找到，但如果手機(jī)定位很精確的話，一下子就能找到。
作為2016年最為玄妙的科學(xué)理念、一說就會爆的詞匯，引力波具體是什么？與人們生活有著怎樣的聯(lián)系？又是如何被科學(xué)家探測到的？帶著這些疑問，3月中旬，山西省科協(xié)主辦，山西科技新聞出版?zhèn)髅郊瘓F(tuán)、科學(xué)之友雜志社承辦了關(guān)于“專家與媒體面對面：談?wù)勔Σ切┦隆钡膶ｎ}活動。參與互動的有新華網(wǎng)、科技日報、中國科學(xué)報、中國網(wǎng)、山西綜合廣播、山西日報、山西晚報、三晉都市報、山西新聞網(wǎng)、黃河新聞網(wǎng)、科學(xué)導(dǎo)報、山西科技報、山西科普網(wǎng)、大今網(wǎng)等十余家國內(nèi)主流媒體，內(nèi)容精要簡括如下。
專家觀點(diǎn)精粹：共揭引力波的神秘面紗
引力波是什么？
賈鵬：在宇宙中，有時就會出現(xiàn)如致密星體碰撞合并這樣極其劇烈的天體物理過程。過程中的大質(zhì)量天體劇烈運(yùn)動擾動著周圍的時空，扭曲時空的波動也在這個過程中以光速向外傳播出去。因此，引力波的本質(zhì)就是時空曲率的波動，也可以唯美地稱之為時空的“漣漪”。
引力波無處不在。除了黑洞碰撞會產(chǎn)生引力波外，地球、太陽的空間運(yùn)行也會產(chǎn)生引力波，只不過地球和太陽產(chǎn)生的引力波非常微弱，只能達(dá)到黑洞碰撞的千億分之一，以我們現(xiàn)有的技術(shù)還無法探測到這樣級別的引力波。黑洞合并很常見，科學(xué)家估計(jì)，在宇宙中每15分鐘就有一次黑洞合并的事件發(fā)生。黑洞合并會制造強(qiáng)大的引力波，這也是我們現(xiàn)在可以探測到引力波的原因之一。引力波的成功探測，使得相關(guān)天文學(xué)的序幕由此拉開。這一發(fā)現(xiàn)不僅驗(yàn)證了愛因斯坦的預(yù)言，也揭示了我們從來不知道的宇宙新行為。
引力波探測影響深遠(yuǎn)
薛海斌：探測到引力波對于物理學(xué)家的感受，就好比一個天生耳聾的人，一直“聽”別人說聲音的存在，突然有一天真的聽到聲音帶來的震撼。此外，引力波離我們的生活并不遙遠(yuǎn)，就像我們生活中的GPS定位系統(tǒng)。引力波的觀測意義不僅在于對廣義相對論的直接驗(yàn)證，更在于它能夠提供一個觀測宇宙的新途徑。
跟其他波一樣，引力波攜帶著能量和信息。傳統(tǒng)的觀測天文學(xué)完全依靠對電磁輻射的探測，而引力波天文學(xué)的出現(xiàn)則標(biāo)志著觀測手段已經(jīng)開始超越電磁相互作用的范疇，引力波觀測將揭示關(guān)于恒星、星系以及宇宙更多前所未知的信息。因?yàn)橐Σㄖ苯勇?lián)系著波源整體的宏觀運(yùn)動，而非如電磁波那樣來自單個原子或電子的運(yùn)動的疊加。因此，引力輻射所揭示的信息與電磁輻射觀測到的完全不同。電磁波只能讓我們看到大爆炸38萬年之后的景象，而引力波能夠讓我們回望宇宙大爆炸的最初瞬間。
大多數(shù)引力波源很難或根本無法通過電磁輻射直接觀測到（例如黑洞），它們與物質(zhì)的相互作用非常弱，在傳播途徑中基本不會像電磁波那樣容易發(fā)生衰減或散射，這意味著它們可以揭示一些宇宙角落深處的信息。例如宇宙誕生時形成的引力輻射至今仍然在宇宙間幾乎無衰減地傳播，這為直接觀測大爆炸提供了僅有的可能。
引力波是一種聲音嗎？
溫廷敦：引力波和我們熟知的聲波、電磁波存在相同之處，它們的波源都是某個物理量的擾動，并帶動周邊相關(guān)物理環(huán)境的變化得以傳播，不同之處在于被擾動的物理量不同。
我們看見的太陽散發(fā)出來的刺眼的光，與我們看不見的收音機(jī)、手機(jī)、衛(wèi)星發(fā)射和接受的電磁波，其實(shí)是同一個東西。“可見的光”是頻率在某個范圍的電磁波。近代研究電磁現(xiàn)象有一個重大發(fā)現(xiàn)，電磁波的傳播速度是恒定的，也就是光速是一個固定的數(shù)值。無論是在火箭尾焰上出現(xiàn)的光，還是在一架列車上向外打手電筒發(fā)出的光，“光”這種東西是不會因?yàn)樘幵谶\(yùn)動狀態(tài)下而提高速度的。就是這么一個別人都“習(xí)以為常”的問題，卻在愛因斯坦頭腦中縈繞了多年。最后，他提出了一個大膽的假設(shè)——光速不變，這是因?yàn)橐怨獾囊暯强矗赝窘?jīng)過的空間發(fā)生了折疊伸縮。當(dāng)某個人要加速的時候，道路突然變長了，然后它到達(dá)某個地點(diǎn)的時間還是固定的。我愿意把它稱為一種聲音，但引力波并不是聲音，聲音以音速在空氣中傳播，而引力波則是以光速傳播，并且可以在真空中傳播。2者都是一種震動，但引力波是一種全新的震動方式。LIGO天文臺將探測器連接到擴(kuò)音器，從而“聽到”引力波的聲音。
引力波不僅能讓我們看到肉眼無法看到的宇宙空間在發(fā)生什么，還能讓人類了解宇宙的過去，合理推斷出將來會發(fā)生什么。這看似很神奇，但想想《西游記》中如千里眼、順風(fēng)耳、嫦娥奔月等神奇的東西，現(xiàn)在不都實(shí)現(xiàn)了嗎？
從電影《星際穿越》談引力波
馮國龍：電影《星際穿越》中，主人公Cooper通過引力波穿越時間和空間給女兒Murph傳遞信息。正如有篇著名的影評所說：“能夠穿越星際的，不止是引力波，還有愛。”在現(xiàn)實(shí)中，引力波真實(shí)存在嗎？科學(xué)家們從來就沒有放棄過尋找引力波的蹤跡。
引力波是愛因斯坦廣義相對論中唯一沒有被直接證實(shí)的預(yù)言（存在間接證據(jù)）。通俗地講，引力波是宇宙中一種特殊的“時空漣漪”，因此也可以將其想象成在時空中的微小起伏。人們都知道萬有引力無處不在，但是為何引力波卻難以探測呢？因?yàn)槿f有引力太微弱，只有當(dāng)質(zhì)量達(dá)到如太陽、地球、月亮這樣的數(shù)量級，人們才能感覺到其存在，而引力波相比之下則更加微弱。
媒體問計(jì) 專家解惑
科技日報：5年前，民科郭英森在節(jié)目中提到了“引力波”，遭到主持人和嘉賓的嘲笑，現(xiàn)在民科郭英森覺得主持人應(yīng)該給他道歉，很多科學(xué)家認(rèn)為他是個空想家，是一個偽科學(xué)家。請問，溫教授，您對民科這些人是怎么看的？
溫廷敦：我覺得民科要推翻哪個理論，建立新的理論體系，首先得把這個理論吃透了，包括基本概念、緣由、背景、基本原理，等等。現(xiàn)在我所碰到的民科對現(xiàn)有的人類文明的自然科學(xué)知識和常識還沒有掌握全，就想推翻舊的，建立一套新的理論體系，這種現(xiàn)象不值得引導(dǎo)，要引導(dǎo)其歸位。不要超越自己的能力，超越人類現(xiàn)有的社會，去開辟另一個宇宙。
中國科學(xué)報：我國關(guān)于引力波的研究工作做得怎么樣？
賈鵬：目前，我國主要有三個大型引力波探測項(xiàng)目，一個是由中科院胡文瑞院士和吳岳良院士作為首席科學(xué)家的“太極計(jì)劃”，另外一個是由中山大學(xué)羅俊院士領(lǐng)銜的“天琴計(jì)劃”，相比較太極，它將位于地球之上的10萬千米軌道處，三個衛(wèi)星的間距也是大約在10萬千米之上。第三個是由中科院高能物理研究所主導(dǎo)的“阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”，阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃在我國西藏的阿里地區(qū)放置一個小型但具有大視場的射電望遠(yuǎn)鏡，從地面上聆聽原初引力波的音符。
山西晚報：引力波對老百姓來說應(yīng)不應(yīng)該了解？
薛海斌：其實(shí)引力波離我們的生活并不遙遠(yuǎn)，引力波是愛因斯坦廣義相對論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證最關(guān)鍵的一環(huán)，如果愛因斯坦廣義相對論被完整驗(yàn)證的話，我相信我們的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位會更精確，對我們發(fā)生自然災(zāi)害的救援工作也非常有幫助。如果你在深山老林中迷路，現(xiàn)在可能會花一夜才能找到，但如果手機(jī)定位很精確的話，一下子就能找到。
