引力波時(shí)代

張承民

前不久，美國科學(xué)家宣布成功探測(cè)到引力波。消息一經(jīng)傳出，立即轟動(dòng)了全球科學(xué)界，這是世紀(jì)性的、振奮人心的重大發(fā)現(xiàn)，可以與百年前的人類發(fā)現(xiàn)電磁波類比。這意味著，人類科學(xué)研究從電磁波時(shí)代進(jìn)入了引力波時(shí)代，我們將從全新的探測(cè)窗口傾聽宇宙的“歌唱”。

電磁波的應(yīng)用與開發(fā)最終產(chǎn)生了無線電通信，這徹底改變了人類交流與溝通的方式，進(jìn)一步引發(fā)今天的信息革命時(shí)代的來臨。一旦未來的引力波通信技術(shù)開發(fā)成功，可能引導(dǎo)人類進(jìn)行跨越星際的交流，幫助人類盡早走出地球家園，向宇宙深處進(jìn)軍。

愛因斯坦的廣義相對(duì)論在1915年提出，這是關(guān)于引力場(chǎng)中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的描述，有物質(zhì)就會(huì)產(chǎn)生引力場(chǎng)。諸如，地球上的蘋果為什么下落？為什么月球圍繞地球、地球圍繞太陽運(yùn)動(dòng)？這些就是萬有引力現(xiàn)象的案例。牛頓引力定律只是近似地描述低速狀態(tài)下的引力場(chǎng)，而愛因斯坦給出了更加完美的普適方程，并獲得大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證支持。依據(jù)廣義相對(duì)論，愛因斯坦預(yù)言了引力波的存在。

引力波的發(fā)現(xiàn)將是物理學(xué)一百多年來重大的突破之一。至此，愛因斯坦的全部預(yù)言獲得驗(yàn)證，這為廣義相對(duì)論畫上了完美的句號(hào)。正如美國科學(xué)家所言，引力波的證實(shí)是廣義相對(duì)論的最后一塊“拼圖”，廣義相對(duì)論的其他幾大預(yù)言早就被實(shí)驗(yàn)所證明，包括：水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)、光線在引力場(chǎng)偏折、引力紅移、雷達(dá)回波時(shí)間延遲、黑洞、自旋進(jìn)動(dòng)。

引力波的發(fā)現(xiàn)好比百年前的電磁波發(fā)現(xiàn)，將深遠(yuǎn)影響人類的未來。回想一百多年前，科學(xué)家法拉第和麥克斯韋提出和創(chuàng)立電磁理論，預(yù)言電磁波的存在。電磁波是電磁偶極子器件震蕩，導(dǎo)致電磁場(chǎng)在空間以光速傳播。德國科學(xué)家赫茲首先實(shí)現(xiàn)和證實(shí)電磁波的發(fā)射接收。其后，美國科學(xué)家莫爾斯利用它發(fā)明了有線電報(bào)。再到今天的手機(jī)、廣播電視，全是電磁波通信，這徹底改變了人類的信息交流方式。

電磁波是電磁能量的空間傳播，而引力波是時(shí)空引力能量的傳播。它不同于電磁波，引力波是物質(zhì)能量劇烈加速變化引起時(shí)空形變的能量傳播。由于電磁波受到大氣層等離子體、太陽風(fēng)和銀河系電荷等形式的干擾，所以電磁信號(hào)傳輸距離有限。但若利用引力波通信，即可以與遙遠(yuǎn)的宇宙聯(lián)絡(luò)，且減少干擾——引力波是物質(zhì)時(shí)空的振蕩，傳播速度與電磁波一樣，但它是物質(zhì)加速運(yùn)動(dòng)造成的時(shí)空能量波動(dòng)，而不是電磁場(chǎng)的波動(dòng)，所以不受宇宙到處分布的電荷等因素的干擾。

可以設(shè)想，高度文明的外星人已在使用引力波通信技術(shù)，進(jìn)行星際交流，可惜地球人類無法接收其信號(hào)——我們的電磁信號(hào)即使傳到其他星球，也可能信息失真。這導(dǎo)致我們彼此在茫茫宇宙中互相尋找，不得相識(shí)。借助引力波通信技術(shù)，在未來我們就可能“傾聽”到外星人的引力波“歌唱”。從而，我們或許會(huì)實(shí)現(xiàn)與外星人的合作——這將是宇宙生命的終極意義。