漫谈引力波

双中子星系统产生的引力波的概念图

新华社北京10月16日电
北京时间16日晚22时,包括我国在内的多国科学家宣布,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”由这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。

昨晚睡觉前翻了下朋友圈,被引力波的这条新闻刷了屏,害我一晚上没睡好觉,满脑子都是时光,外星人,黑洞,宇宙。

其实引力波进入大众视野并不是第一次了。

一个双黑洞系统产生的引力波信号在公元2015年9月14日国际标准时间9:51(北京时间17:51)由两座分别设置在华盛顿州和路易斯安那州的LIGO观测台探测到。这也是人类首次直接观测到一个“双黑洞”系统。

国庆节期间(10月3日),瑞典皇家科学院宣布将 2017 年度诺贝尔物理学奖授予美国的 Rainer Weiss、Kip S. Thorne 和 Barry C. Barish,用以表彰他们在引力波研究方面的贡献。

引力波发现是如此的重要,以至于它的研究者毫无争议地获得了诺奖。据我所知,诺奖评选一直以来是严格苛刻的,而理工类的诺奖(医学、化学、物理、数学)只会授予对人类社会有变革性的重大研究发现,例如X射线、电磁理论、量子力学、以及大名鼎鼎的相对论等等

诺奖可谓是科学成就的皇冠,每次评选都会有很多强有力的竞争者参与争夺。而结果的公布也是各家欢喜各家忧,特别是差距不是很明显的情况下,总会带来异议,甚至互相攻讦。引力波在这种背景下能让众人咸服,也从侧面说明了它自身的重要性和意义要远远大于同期物理学领域的其他研究成果。

什么是引力波?

首先引用下百度的关于引力波的定义。

在物理学中,引力波是指时空弯曲中的涟漪,通过波的形式从辐射源向外传播,这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年 ,爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果,因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。相比之下,引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中,因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。

在20世纪初,爱因斯坦提出了一项完全颠覆主流物理学理论的崭新思想,第一次将时间与空间进行了统一,称之为“时空”。爱因斯坦提出,物体,包括从行星到人,任何有质量的物体,都会造成其周围时空的扭曲。而当这些有质量物体移动时,它们便会造成时空的扰动,产生时空中的“涟漪”,就像小船驶过平静的湖面产生的道道波纹,这就是所谓的引力波。


“时空蹦床”

按照我的理解就是,可以把宇宙空间想象成一个蹦床,任何有质量的物体都会在上面形成一个凹点,即所谓的时空坍塌。那么两个有质量的物体都放到蹦床上呢?他们都会形成各自的凹点,导致周围的时空扭曲,然后就像水往低处流动一样,物体会沿着下移的方向移动,整体上两个物体围绕彼此旋转并逐渐靠近。而引力波,就是他们互相旋转靠近是对蹦床产生的影响,像一圈圈波纹不断向外部扩散。

牛顿的万有引力告诉我们万物之间皆有引力,任何两个物体之间的引力大小与它们的质量成正比,与距离的二次方成反比。但是万有引力不是万能的,它解释不了引力波,解释不了光线引力偏折。爱因斯坦提出广义相对论,重新定义了时间和空间,提出了“时空”的概念,从而弥补了经典力学在微观方面的空缺。

让我由衷感叹的是,16世纪之后西方之所以开始把古老的华夏文明远远甩在身后,靠的就是这种提出假说,证伪修正的思维方式,后来被总结成一套称之为“科学”的研究方法。

科学的伟大之处不在于它发现了一堆真理,相反科学从不宣扬自己的发现是真理,它否定了神学,肯定了人类作为智人的主观能动性。让人类相信物理世界是有规律可寻的,人类可以通过它去发现规律,提出假说,在实践中检验假说,一段时间内经得起时间检验的假说就会成为“伪真理”,成为定理、公式、发现,写入教材,直到有相悖的现象出现推翻它为止。从牛顿、再到爱因斯坦,以后还会到某某大师,站在巨人的肩膀上,不断地更新纠正巨人的缺陷,人类的知识和能力会得到不断的提升,科幻电影中的场景才会在现实中实现。

引力波和科学对于个人的启示是,世界是有机统一的,我们跟宇宙时空是有关联的,生、老、病、死是一种作为“人”这种组合物质存在的几种生活形态而已,不管是生前,还是死后,我们从未消失,我们的能量,所有元素跟着整个宇宙一同呼吸。

同时,我们又是“活”的,据说灵魂有21克,我们能够认识世界、开启智慧、产生情感,靠的是我们的主观能动性,而不是靠被动的适应自然选择,靠遗传优势去赢得竞争。一句话概括,三分天注定,七分靠打拼。

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