引力波時代

張承民

前不久，美國科學家宣布成功探測到引力波。消息一經(jīng)傳出，立即轟動了全球科學界，這是世紀性的、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，人類科學研究從電磁波時代進入了引力波時代，我們將從全新的探測窗口傾聽宇宙的“歌唱”。

電磁波的應用與開發(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，進一步引發(fā)今天的信息革命時代的來臨。一旦未來的引力波通信技術開發(fā)成功，可能引導人類進行跨越星際的交流，幫助人類盡早走出地球家園，向宇宙深處進軍。

愛因斯坦的廣義相對論在1915年提出，這是關于引力場中物質(zhì)運動規(guī)律的描述，有物質(zhì)就會產(chǎn)生引力場。諸如，地球上的蘋果為什么下落？為什么月球圍繞地球、地球圍繞太陽運動？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，而愛因斯坦給出了更加完美的普適方程，并獲得大量實驗驗證支持。依據(jù)廣義相對論，愛因斯坦預言了引力波的存在。

引力波的發(fā)現(xiàn)將是物理學一百多年來重大的突破之一。至此，愛因斯坦的全部預言獲得驗證，這為廣義相對論畫上了完美的句號。正如美國科學家所言，引力波的證實是廣義相對論的最后一塊“拼圖”，廣義相對論的其他幾大預言早就被實驗所證明，包括：水星近日點進動、光線在引力場偏折、引力紅移、雷達回波時間延遲、黑洞、自旋進動。

引力波的發(fā)現(xiàn)好比百年前的電磁波發(fā)現(xiàn)，將深遠影響人類的未來?；叵胍话俣嗄昵?，科學家法拉第和麥克斯韋提出和創(chuàng)立電磁理論，預言電磁波的存在。電磁波是電磁偶極子器件震蕩，導致電磁場在空間以光速傳播。德國科學家赫茲首先實現(xiàn)和證實電磁波的發(fā)射接收。其后，美國科學家莫爾斯利用它發(fā)明了有線電報。再到今天的手機、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、太陽風和銀河系電荷等形式的干擾，所以電磁信號傳輸距離有限。但若利用引力波通信，即可以與遙遠的宇宙聯(lián)絡，且減少干擾——引力波是物質(zhì)時空的振蕩，傳播速度與電磁波一樣，但它是物質(zhì)加速運動造成的時空能量波動，而不是電磁場的波動，所以不受宇宙到處分布的電荷等因素的干擾。

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