引力波时代

前不久,美国科学家宣布成功探测到引力波。消息一经传出,立即轰动了全球科学界,这是世纪性的、振奋人心的重大发现,可以与百年前的人类发现电磁波类比。这意味着,人类科学研究从电磁波时代进入了引力波时代,我们将从全新的探测窗口倾听宇宙的“歌唱”。

电磁波的应用与开发最终产生了无线电通信,这彻底改变了人类交流与沟通的方式,进一步引发今天的信息革命时代的来临。一旦未来的引力波通信技术开发成功,可能引导人类进行跨越星际的交流,帮助人类尽早走出地球家园,向宇宙深处进军。

爱因斯坦的广义相对论在1915年提出,这是关于引力场中物质运动规律的描述,有物质就会产生引力场。诸如,地球上的苹果为什么下落?为什么月球围绕地球、地球围绕太阳运动?这些就是万有引力现象的案例。牛顿引力定律只是近似地描述低速状态下的引力场,而爱因斯坦给出了更加完美的普适方程,并获得大量实验验证支持。依据广义相对论,爱因斯坦预言了引力波的存在。

引力波的发现将是物理学一百多年来重大的突破之一。至此,爱因斯坦的全部预言获得验证,这为广义相对论画上了完美的句号。正如美国科学家所言,引力波的证实是广义相对论的最后一块“拼图”,广义相对论的其他几大预言早就被实验所证明,包括:水星近日点进动、光线在引力场偏折、引力红移、雷达回波时间延迟、黑洞、自旋进动。

引力波的发现好比百年前的电磁波发现,将深远影响人类的未来。回想一百多年前,科学家法拉第和麦克斯韦提出和创立电磁理论,预言电磁波的存在。电磁波是电磁偶极子器件震荡,导致电磁场在空间以光速传播。德国科学家赫兹首先实现和证实电磁波的发射接收。其后,美国科学家莫尔斯利用它发明了有线电报。再到今天的手机、广播电视,全是电磁波通信,这彻底改变了人类的信息交流方式。

电磁波是电磁能量的空间传播,而引力波是时空引力能量的传播。它不同于电磁波,引力波是物质能量剧烈加速变化引起时空形变的能量传播。由于电磁波受到大气层等离子体、太阳风和银河系电荷等形式的干扰,所以电磁信号传输距离有限。但若利用引力波通信,即可以与遥远的宇宙联络,且减少干扰——引力波是物质时空的振荡,传播速度与电磁波一样,但它是物质加速运动造成的时空能量波动,而不是电磁场的波动,所以不受宇宙到处分布的电荷等因素的干扰。

可以设想,高度文明的外星人已在使用引力波通信技术,进行星际交流,可惜地球人类无法接收其信号——我们的电磁信号即使传到其他星球,也可能信息失真。这导致我们彼此在茫茫宇宙中互相寻找,不得相识。借助引力波通信技术,在未来我们就可能“倾听”到外星人的引力波“歌唱”。从而,我们或许会实现与外星人的合作——这将是宇宙生命的终极意义。