引力波將開啟一個新的時代，諾貝爾獎早就是囊中之物

本文系百度獨家約稿

北京時間10月3日17時50分，2017年諾貝爾物理學獎揭曉。美國物理學家

Rainer Weiss

（雷納·威斯）、

Barry C. Barish

（巴里·巴里什）、

Kip S. Thorne

（基普·索恩）。三位科學家的獲獎理由是：對LIGO探測器的決定性貢獻和引力波的觀測。

在物理學獎揭曉前，我在朋友圈裡大膽猜了一下，說今年的諾貝爾物理學獎會授予發現引力波的科學家。這當然不是我料事如神，而是因為發現引力波完全可以稱得上是整個物理學史上的大事，諾貝爾獎只是囊中之物。

引力無時無刻不伴隨著我們，以至於我們習而不察經常忘記引力的存在。在牛頓之前，若是有人問蘋果為什麼朝地上下落，十有八九會被當成瘋子。牛頓深入研究後給出的萬有引力定律成了天文學的基礎，愛因斯坦預言的引力波被發現後，必將為天文學家增添一雙新的眼睛。

1915年，愛因斯坦給出了描述引力理論的廣義相對論。100多年來，廣義相對論解釋的水星近日點進動，預言的光線彎曲、引力紅移等一次次的見證了廣義相對論的偉大，唯有引力波躲避在科學家的視線之外。這曾讓很多傑出的物理學家為之爭論，引力波到底是數學框架還是物理存在？和愛因斯坦一起工作過的納薩·羅森（Nathan Rosen）曾透過複雜的計算得出引力波不攜帶能量，從而認為它不可能真實存在。直到天才物理學家費曼給出“粘珠”設想，物理學家才趨於認同引力波是真實存在的。

“粘珠”設想是這樣的，將珠子穿在棍子上，垂直於棍子的方向如若有引力波經過，就會使珠子受到沿棍子方向的引潮力，珠子在引潮力的作用下沿棍子運動，這時候摩擦會生成熱。熱是能量，能量由引力波而來，所以引力波是真實存在的。

根據愛因斯坦的理論，物質的分佈發生變化就會導致時空彎曲，時空的變化以光速向四面八方傳播出去，傳播出去的就是引力波。比如風扇轉動時，一個人迎面走來時，都會產生引力波。

和庫侖力比起來，萬有引力定律常量比靜電力常量小十多個數量級，引力實在是太弱太弱了。測量一個人走過來產生的引力波幾乎是不可能的。科學家們將目光移到宇宙的深處，宇宙中大質量的黑洞、中子星合併時會消耗掉幾個太陽的質量，損失的質量以引力波的形式傳向宇宙的四面八方。

十幾億光年外的兩個黑洞合併產生的引力波到達地球后也會變得十分微弱，這對探測儀器的精度有了非常高的要求。今年獲獎的三位科學家構思設計出的鐳射干涉儀引力波觀測站LIGO（ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）達到了理想的精度。LIGO有兩條長度相等相互垂直的長臂，長臂的末端有鐳射反射裝置。如若沒有捕捉到引力波，兩臂交匯處發射的鐳射因走過相同的距離，故傳播時間一樣。一旦有引力波穿過探測器，一條臂的長度就會拉長，另一條臂的長度會壓縮（這個長度變化大約只有原子直徑的一億分之一），光程出現差異，反射回來匯合時就會出現干涉條紋。

2015年9月14日，剛剛升級改造完的LIGO捕捉到了來自13億光年之外的引力波，2016年2月11日正式宣佈第一次直接探測到引力波的存在。瞬間引爆全球媒體。在這之後其他實驗室也探測到了引力波，就在一個星期前，第四次引力波事件得到了確認。這幾次的引力波事件不僅讓人類知道了引力波的真實存在，同時也認識到黑洞在合併的過程中還有科學家尚未認識到的規律。引力波正成為我們的常態，引力波的發現也將為天文學的研究開闢一條全新的道路。從牛頓給出萬有引力定律，到卡文迪許測出萬有引力常量，到廣義相對論預言引力波，再到引力波的發現，這都是萬有引力科學史上具有座標意義的事件。

1888年赫茲發現了電磁波，電磁波如今已深入到我們的生活中。今天發現的引力波也將如法拉第所言的剛生下的嬰兒一樣，長成一位巨人。