2016年2月11日星期四上午10点30分,是一个物理学界值得纪念的日子,美国的LIGO(激光干涉引力波观测站)加上MIT等各处的专家们,在华府召开了新闻发布会,向全世界宣布首次直接探测到了引力波的消息。全世界都为之振奋,天文界和物理界的专家们更是激动不已。
1. 引力波是时空的涟漪。牛顿的万有引力定律揭示了引力与万物的关系。而爱因斯坦的广义相对论则将引力与四维时空的弯曲性质联系在一起。物质的质量使得四维时空弯曲,弯曲的时空又影响其中物体的运动,使其运动轨迹成为曲线而非直线。犹如一大片无限扩展的弹性网格以及上面滚动的小球互相影响一样:网格形状因小球重量而弯曲,小球的运动轨迹又因网格的弯曲而改变,见图1a。
2. 长久的等待。笔者当年博士论文的课题是有关引力波在黑洞附近的散射问题,记得30年前的一次讨论会上,有人提到何时探测到引力波的问题时无人作声,只有约翰·惠勒笑嘻嘻、信心满满地说了一句“快了!”。我当时只知道推导数学公式,对探测引力波的实验一无所知,但惠勒这句“快了”在脑袋中却记忆颇深,也从此关心起引力波是否真正存在的问题。
3. 物理研究的里程碑。
测量到引力波的意义非凡,首先,这意味着科学家们可以通过它来进一步探测和理解宇宙中的物理演化过程,为恒星、星系、乃至宇宙自身现有的演化模型,提供新的证据,有一个更为牢靠的基础。其二,过去的天文学基本上是使用光作为探测手段,而现在观测到了引力波,便多了一种探测方法,也许由此能开启一门引力波天文学。此外,大爆炸模型,以及黑洞等发射的引力波,都是建立在广义相对论的基础上。
如今真正探测到了理论预言的引力波,就能再次证明这个理论的正确性。