引力波为什么让物理学家痛哭流涕？

霍光

科学家用探测到距离地球约13亿光年的两个大约30个太阳质量的黑洞碰撞所发出的引力波，打开了人们感知、了解、观察、认知和解释大干世界的更为广袤的新空间“破五”是中国传统迎财神的日子。但2016年的这一天，不仅中国，全世界的物理学界都沸腾了，仿佛迎来了它们的“财神”——被预言已经百年的引力波，终于被探测到了。

据媒体报道，一位物理学家如此形容自己的心情：“堂堂男子汉很少哭，当时心中忽然暖流涌动，但还是强忍住没哭。那是一种强烈的感动，感动到想哭的感觉。整个新闻发布会上，我一直强忍着。”

作为普通大众，我们在被各种社交媒体刷屏的“引力波”洗脑的同时，却很少有人知道，引力波到底是什么？为什么探测到它需要百年努力？它又能给世界带来什么？

宇宙大蹦床

很多人都听说过爱因斯坦的广义相对论，但并不知道它讲了什么。的确，广义相对论的很多推论是人们的直觉无法理解的。比如这一项——引力的定义。在广义相对论中，引力被归咎于时空的弯曲。

“时空弯曲是什么鬼？”相信大多数人听说之后都是这个反应。它的意思是，我们平时看到的空间貌似是平直的，但真实的情况中，却是像哈哈镜里一样扭曲的。这种扭曲是物质造成的，质量越大，扭曲就越大。

我们可以把宇宙想象成一个蹦床，如果没有任何扰动，它是平坦的。但有质量的物体在上面出现时，比如一个鸡蛋，来游乐场的小孩子，或者是地球这样的庞然大物，它就会变得弯曲。

可怜的是，这种弯曲，对于生活在蹦床上的微小生物——我说的就是人类这种生物——来说，一是由于我们跟着蹦床一起弯曲了，二是由于这种弯曲太微小，完全感觉不到。如果只是弯曲还好。但如果这个大质量物体发生变化——鸡蛋被吃了，小孩子蹦走了，或者地球爆炸了——蹦床就会开始震动，这种震动就是引力波。当然，跟着一起震动的我们感觉不到震动。

用圆规丈量宇宙

对于不喜欢睡眠被地震打扰的我来说，感受不到宇宙的震动是多么幸福。但物理学家却们急需感觉到震动，来证明自己读懂了宇宙，还希望通过对震动的研究，来把宇宙读得更懂。于是，他们发明了世界上最大和最贵的——圆规？或许很像，但他们把它叫做迈克耳逊干涉仪（LIGO）。

在大年初五带来引力波消息的LIGO并不像财神，相反，这个项目前前后后已花去数十亿美元。

LIGO的原理是什么？假设我们有两个短跑运动员，他们在任何情况下跑步速度都一样，但如果跑道因为引力波扰动，长度会发生变化——就像蹦床表面会因受力拉伸一样，他们从LIGO的两条腿上跑回来的时间就会发生些微差异。然后我们就知道，空间确实在震动。然而，这并不是那么简单的。最简单的两个原因——第一，震动太小了，虽然LIGO的“两条腿”都有4000米长，但也许4000米只会发生0.000000000000000001米的变化；第二，我们不能让诸如跺脚、打喷嚏或是地震影响我们的观测，所以要让两条腿稳定——还要在很远的地方再建一个LIGO，如果两个都震了，我们就知道这不是科研人员绝望情况下掀桌子引起的。

引力波能带来什么？

对于大众来说，或许会怀疑花费这么多钱去探索引力波有何意义。但对疯狂的物理学家来说，他们会觉得，这不但值回票价，而且就像免费的一样便宜。

爱因斯坦当然会高兴听到这个消息，因为这证明了他不像普通人类的脑袋瓜又对了。不过，其他物理学家呢？对他们来说，这轻轻的一震，比《美人鱼》、《星球大战》乃至人类史上所有的电影加起来都好看，因为它蕴含的剧情，是宇宙诞生的画面。

我们从小都被告知一个著名的猜想——宇宙是在一场爆炸中诞生的。这意味着，在时空开始时，这个大蹦床有一次最剧烈的震动。引力波就能让我们还原这个震动——它是否存在，有多大规模，诸如此类。

除此之外，引力波还能让我们知道，我们看不到的宇宙空间在发生什么。据科学家说，这次的引力波就是我们看不到的超级远的距离上的超级大黑洞的变化引起的。如果你是《三体》迷，你就可以理解，如果在很远的星系的一个文明被高阶文明炸掉了，我们能够第一时间通过引力波知道这个事情是多么重要。（资料来源：一财网）