引力波是一种声音或乐器？关于引力波的几个疑问

　　这是美国华盛顿州汉福德市的激光干涉引力波天文台的资料照片。新华社发

　　美国科学家1月11日宣布探测到的引力波，曾被科普作家马西娅·巴图西亚克比作爱因斯坦“未完成的交响曲”，正因其蕴含太多未知。

　　引力波是一种声音吗？能不能实现科幻作品里的应用？“带走”3个太阳质量的引力波来了，要不要害怕？那么费劲探测爱因斯坦一百年前预言的引力波，到底为什么？这项研究与中国的引力波探测工程“天琴计划”有何异同？

　　“天琴”别样天籁之音

　　参与此次引力波研究的美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）的数据分析专家、加州理工学院物理系教授艾伦·魏因施泰对新华社记者说，他对中国中山大学牵头、利用人造卫星探测空间引力波的“天琴计划”充满期待。他说：“探测到引力波只是刚刚开始，并非结束，我们非常需要中国科学家的努力。”

　　LIGO科学合作组织的研究成员、加州理工学院物理学教授陈雁北说，他希望“天琴计划”实现３个愿景。第一，测量引力波可借助不同的“窗口”。如果中国的空间引力波项目观测到大质量或超大质量的黑洞并合，将对人类理解宇宙演化起到非常重要的作用。

　　其次，“天琴计划”可与LIGO天文台进行联合观测。比如，信号首先进入“天琴”的观测范围，随后抵达LIGO天文台，再次被观测，将使科学家对同一波源掌握更多信息。此外，将“天琴计划”作为发展空间技术的平台，促成不同领域科学家的合作，无疑对中方计划具有重要意义。

　　“拿什么奖并没那么重要，更重要的是不同领域的科学家围绕引力波，协同观测和研究新的现象，”陈雁北说。

　　引力波是一种声音或乐器？

　　“时空涟漪”、“宇宙呢喃”……引力波被赋予了太多诗意。科学家认为，探测微弱的引力波，如同在一个喧闹的聚会上辨别一首歌。人类探测到引力波，正如一个失聪的人突然获得听觉，从此获得感知世界的全新方式。

　　但是，引力波是一种“声音”吗？

　　宇宙以光的形式向人类传递了太多信息，如今引力波在时空中向我们传递着类似声音般的新信息。魏因施泰教授对新华社记者说：“这正如在时间和空间中演奏的乐曲，是由黑洞用力拨动的吉他琴弦。这只是交响乐的开始，而非结束。”

　　“我们愿意把它称为一种声音，但引力波并不是声音，”魏因施泰解释说，声音以音速在空气中传播，而引力波则是以光速传播，可以在真空中传播。两者都是一种震动，但引力波是一种全新的震动方式。LIGO天文台将探测器连接到扩音器，从而“听到”引力波的声音。

　　陈雁北则指出，引力波也是一种机械振动，如同用非常大的能量，在宇宙中敲响了一面蒙皮紧绷的鼓。从这个角度来说，中国“天琴计划”这个名字“太棒了，比喻得非常恰当”。

　　当引力波向你袭来会怎样？

　　美国科学家宣布，他们利用LIGO探测器于2015年9月14日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号。据研究人员估计，这两个黑洞合并前的质量分别相当于36个和29个太阳质量，合并后的总质量是62个太阳质量，其中3个太阳质量的能量以引力波的形式在不到1秒的时间内释放，释放的峰值能量比整个可见宇宙释放的能量还要高出约50倍。

　　听上去这么牛，那么引力波向你“袭来”会怎样？

　　陈雁北教授说，引力波携带的能量很大，但实际对物质产生的作用却十分微弱，这也是探测它很困难的原因。如果把引力波在地面附近的能量流单位时间和面积算一算，就会发现它不能挪动电荷，所以作用很微弱。

　　“如果把时空类比为弹簧，那么一定是一个很硬很硬的弹簧，用很大的能量才能压动一点点，”陈雁北说。

　　如果某人站在引力波波源附近，而引力波向此人正面袭来，从理论上说人会变得矮胖，再抻长，再变矮胖……如此反复，但实际上在地面是很难探测到引力波的。

　　引力波能让科幻成真吗？

　　能否借助引力波实现星际航行、时空穿越或者星际通信呢？

　　陈雁北教授说，引力波非常微弱，因此很难发射可以被接收和探测的引力波。从理论上讲，有可能向一个正在合并的双黑洞发射一个叠加的引力波，可望产生一种引力波放大效果，但实际上不太可能实现。此外，由于引力波本身造成的时空弯曲是很小的，所以借助引力波“穿越时空、回到过往”并不现实。

　　加州理工学院物理系教授魏因施泰说，引力波离应用阶段还很远。现在谈“借助引力波时空旅行”之类的科幻设想还为时太早，利用引力波的宇宙通信也只是一种微弱的可能。

　　魏因施泰认为，探测到引力波后，应将其写入物理课本，“孩子们应该知道这件事，睁大眼睛看天空。也许这离日常生活还很遥远，但我们需要好奇”。下一步，他认为应去证明更多引力波的存在，而非只是探测到引力波信号，这将帮助人们了解宇宙中大质量天体、中子星、黑洞的数量和演化，帮助人类了解宇宙中更多新领域和新现象。

　　“对于科学家来说，我们需要把眼睛睁得更大，引力波将让我们看到更多未曾想象的世界，”魏因施泰说。