引力波知多少

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引力波的發(fā)現(xiàn)為廣義相對論劃上了完滿的句號。我們知道，廣義相對論預(yù)言了許多現(xiàn)象，一百年來，被預(yù)言的引力波一直“猶抱琵琶半遮面”。例如，2015年有科學(xué)家曾宣布，架設(shè)在南極的一個望遠(yuǎn)鏡上捕捉到了引力波的蹤跡，但隨后卻被認(rèn)為信號系塵埃干擾所致。這次引力波貨真價實的發(fā)現(xiàn)，讓廣義相對論的正確性更加毋庸置疑了。

那么，關(guān)于引力波這樣的新鮮事物，我們其實還有不少問題要問。

相比天文望遠(yuǎn)鏡，引力波觀測有什么優(yōu)越之處？

引力波的發(fā)現(xiàn)讓天學(xué)家在探測宇宙的手段上提升到了一個新臺階。就拿此次探測到的引力波來說吧，它來自距離我們13億光年處的兩個黑洞的合并。這兩個黑洞的直徑都不大，不超過150千米，我們目前還沒有別的探測手段能發(fā)現(xiàn)這么遠(yuǎn)又這么小的天體。比如說，用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，13億光年外天體，甭說兩個小黑洞，就是整個星系我們都無法看到。

也許，最令人感興趣的是，探測引力波有助于我們追溯宇宙更早期的歷史。在大爆炸之后，宇宙曾經(jīng)歷過一段“黑暗時期”，時間延續(xù)大約38萬年。那時，宇宙中的物質(zhì)還沒冷卻到可以發(fā)射和傳播電磁波，所以整個宇宙漆黑一片。對于宇宙的這段歷史，天文學(xué)家只有理論上的一些模糊猜測。但從理論上說，從大爆炸那一刻起，宇宙中就已彌漫著作為背景的引力波，而且引力波幾乎不與物質(zhì)發(fā)生作用，穿透能力很強(qiáng)，所以未來如果我們探測到這些背景引力波，或許就能窺探到宇宙更早期的歷史，然后回答諸如“宇宙有沒有發(fā)生過爆炸”等問題。

引力波能作用于時間嗎？

我們已經(jīng)知道，引力波其實就是時空本身的一種波動?？臻g的波動是不難理解的，無非就是長度的伸縮而已，但時間的波動該如何理解呢？

時間的波動理解起來的確沒有空間的波動那么具體，我們可以這樣來理解：假設(shè)空間有A和B兩個點，當(dāng)引力波傳來，引起兩點間的距離一伸一縮。這就是空間的波動。但我們知道，光速任何時候都是恒定不變的（相對論的一條基本假設(shè)），這樣一來光從A點到B點的傳播時間就時長時短了。這就相當(dāng)于時間的波動，或者說，引力波對時間的“作用”。

我們還可以從另一個角度來理解。根據(jù)廣義相對論，引力場的強(qiáng)度會影響時鐘的快慢。兩個校對好的時鐘，一個拿到引力弱的地方，另一個拿到引力強(qiáng)的地方，最終你會發(fā)現(xiàn)，后者走得比前者慢。這就是引力的時間膨脹效應(yīng)。而引力波所過之處會引起引力場的變化，那么自然，它也會引起時間的“波動”。

引力波的速度是多少？會比光速快嗎？

波的傳播需要速度，引力波也不例外。根據(jù)廣義相對論，引力波的傳播速度是光速。但這僅僅是一個理論上的假設(shè)，因為只有這樣假設(shè)時，廣義相對論才最簡潔。不過在得到實驗驗證之前，當(dāng)然也不排除小于光速的可能。但要它比光速快，這是絕對不可能的。因為相對論的一個前提假設(shè)是：光速是物質(zhì)運動和作用力傳遞的極限。而引力波又是由廣義相對論預(yù)言的。

如果引力波的速度小于光速，那么還可引申出另一個結(jié)論。根據(jù)量子理論，所有作用力都是通過粒子來傳遞的，比如傳遞電磁力的是光子，光子沒有靜止質(zhì)量，以光速傳播。長期以來，科學(xué)家設(shè)想引力是通過引力子來傳遞的，如果引力波的速度是光速，那么引力子的靜止質(zhì)量為零，但要是速度小于光速，那引力子就有靜止質(zhì)量了。

引力波的速度究竟等于還是小于光速，這一點未來應(yīng)該是可以驗證的。

引力波的發(fā)現(xiàn)是不是讓我們離時間旅行的夢想更近了？

謹(jǐn)慎地講，引力波跟時間旅行八竿子打不著。因為時間旅行需要超光速，只有發(fā)現(xiàn)超光速的東西，才能談得上時間旅行，而在上面的問答中，我們已經(jīng)講到，引力波的速度無論如何不會超過光速。

但引力波的發(fā)現(xiàn)，未來或許可以讓科學(xué)家更深入地研究時空關(guān)系，從這個意義上未嘗不可以說，這個發(fā)現(xiàn)讓我們離實現(xiàn)或打破時間來旅行的夢想更近了。

引力波可以被聽到嗎？

我們探測到引力波是如此微弱，再說引力波和聲波又是性質(zhì)截然不同的兩種波，所以人的耳朵當(dāng)然是聽不到引力波的。但在實際探測的時候，通過電子儀器，引力波已經(jīng)轉(zhuǎn)化成了電信號，而把電信號放大之后轉(zhuǎn)化成聲音信號又是很容易的，這樣一來，人的耳朵就能“聽到”引力波了。

如果引力波擊中你，會發(fā)生什么事情？

引力波是彌漫空間的波動，當(dāng)它“擊中”美國的引力波探測器時，也同時會“擊中”每個地球人。

如果把引力波的傳播方向設(shè)置為三維坐標(biāo)的Z軸，當(dāng)引力波“擊中”你時，在垂直于該坐標(biāo)軸的X方向上，你的身體會輕微地拉長，在Y方向上，你的身體會輕微的收縮。然后，反過來，在X方向上收縮，在Y方向上拉長；這樣來回振蕩，直至引力波消失。不過，事實上，哪怕你的身體尺寸有幾千米高，變化幅度也不超過一個原子核的尺寸，所以你是覺察不到這個變化的。

我們可以通過引力波跟外星人交流嗎？

前面我們提到，需要質(zhì)量非常大的物體在急劇加速或減速時，地球人才能探測到諸如這次那么微弱的引力波。這種情況據(jù)科學(xué)家目前所知，僅當(dāng)兩個中子星或者黑洞合并的過程中才會發(fā)生。而中子星或黑洞上存在外星人，當(dāng)然是不可設(shè)想的。

此外，如果外星人真的能用引力波來搜尋我們，那說明它們的文明程度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我們了。在這種情況下，正如霍金以前所建議的，我們還是不要回復(fù)的好，以免“引狼入室”。