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12342月11日以來，引力波刷爆了MP、PC、TV各種屏，一直在冷宮頤養(yǎng)天年的物理科普突然被連連翻牌，卻只要一個姿勢：解釋引力波。 1234而要真正漲姿勢，陛下們還要知道：引力波并不是突然冒出來的，它從宇宙誕生時起，就在時空中縱橫穿越了至少138億年。它生于宇宙，也改造了宇宙。 1234直到100年前，愛因斯坦才用一款神奇的公式預言了它的存在。依據(jù)就是他創(chuàng)立的廣義相對論。相對論認為： 1234時間、空間是一體的，我們管它叫“時空”。一維時間+三維空間=四維時空。 1234時、空都是相對的，它們看上去古板恒定，實際上風情萬種，遇上質(zhì)量、速度，更是hold不住，各種變形：速度越快、質(zhì)量越大，時間就越慢，時空彎曲就越厲害。 1234這就是各種時空穿越的由來。 1234質(zhì)量可以讓時空彎曲，人類想象不出來四維的彎曲啥樣，于是用二維彎曲來類比：
1234請聽題，如果扔一個小球過去，球會怎么走？ 1234那得看速度： 1234太慢，它會落到坑底，也就是掉進太陽； 1234太快，它的路線會在坑里彎一下，然后逃出坑繼續(xù)走直線； 1234如果速度剛剛好，它會在坑里一圈一圈地繞太陽轉(zhuǎn)（這是時空，不要考慮摩擦力）。 1234所以引力的真相是——時空彎曲。 1234速度，是克服引力，也就是“出坑”的絕招。這就是為什么光可以輕松逃脫太陽，而地球卻死也不能。 1234現(xiàn)在想象一下，時空如水，如果這枚太陽運動起來，會怎么樣呢？ 1234當然會蕩起時空漣漪。傳播速度是光速。 1234這美麗的漣漪，就是引力波。
二、為啥那么難測？ 1234579字用完，給陛下八卦引力波前世今生的任務已經(jīng)完成。然而朕知道，陛下的疑惑更大了：引力波如此剽悍，存在了400萬年的人類，為什么卻對它毫無知覺？ 1234愛因斯坦已經(jīng)預言了100年，這100年，人類科技大爆發(fā)，卻為什么直到今天才探測到它？ 1234主要原因有兩點： 1234一是效應弱。一根長20米，直徑1.6米，重500噸的圓棒，即使以每秒28轉(zhuǎn)的瀕臨斷裂的極限速度轉(zhuǎn)動，所發(fā)射的引力波功率也只有2.2×10^-19瓦，功率弱爆了，無法察覺。 1234二是尺度大。只有在宇宙大尺度下，引力波才能顯現(xiàn)出來。咱倆在月亮上鳥瞰地球海面，很容易感受到海面的彎曲，但是身在海水中的一條魚，就無法感受到海面的彎曲。把引力波比作大海，地球就是那條魚。 1234那么，引力波會對物質(zhì)造成啥影響呢？ 1234物質(zhì)可以隨時空的舞動而拉伸和收縮，卻不會被改變。 1234我們把果凍比作時空，把里面的果肉比作物質(zhì)，那么，果凍發(fā)生波動時，果肉也會隨之波動，固態(tài)物質(zhì)的所謂波動，實質(zhì)上就是拉伸和收縮過程。 1234既然有拉伸和收縮，是不是就容易檢測了呢？ 1234當然不是。無論什么，必須達到一定的量，才可以被檢測到。 1234即使是大質(zhì)量黑洞相撞這樣的大動作，其引力波傳到地球上，也只能造成大概10^-18米/千米程度的改變。直觀地說，它會使帝國大廈的高度改變一個質(zhì)子寬度的百分之一！ 1234一個質(zhì)子有多寬呢？它大概是一個原子寬度的千分之一。 1234原子有多寬呢？把一根頭發(fā)的寬度平均分成一百萬份，其中一份，大概就是一個原子的寬度了。 1234我隨便在大廈里跺一腳，它的顫動也不止這些吧？這個太難測了，那個還是不要測了吧？
1234不行。必須測。
三、為啥非要測？ 1234因為它的意義太重大了！ 1234它不僅可以驗證廣義相對論、宇宙大爆炸等理論，還可以推動科技大發(fā)展。 1234掌握了引力波的接收和探測技術，很多我們原來看不見、不知道的東西，就會神一般地降臨在我們眼前，世界將更加清晰、更加透明、更加絢麗多彩！ 1234這相當于高度近視戴上了合適的眼鏡——不戴它死不了，但有了它死也要戴。
四、怎么測？ 1234愛因斯坦預言了引力波，然后看了看當時的技術，又做出了一個預言：引力波永遠無法探測。 1234然而，50年后，美國物理學家約瑟夫·韋伯建造了第一臺引力波探測器：一根直徑1.5米，長2米的鋁棒。如果引力波打醬油路過，鋁棒將隨波伸縮。 1234工具這么糙，引力波那么弱，說不定打個嗝引起的效應，都比引力波的效應大呢！所以就算引力波撩過鋁棒了，我們又怎么確定哪個是引力波、哪個是打嗝呢？ 1234科學家用了個相當聰明的笨辦法：再造一個探測器，讓它倆天南海北分開安置，同時記錄探測信息，這樣，兩個探測器記錄信息不一致，那就是噪音；兩個探測器在相同時間記錄到同樣的信息，那八成是引力波。因為無論是打嗝、打雷還是打炮，統(tǒng)統(tǒng)做不到同時對兩個遠隔千里的探測器造成同樣的干擾。 1234然而，再高明的辦法，也只是軟件，硬件太low也不靈。 1234所以，人類很快就用“激光干涉儀”來探測引力波，所謂的光，是電磁波的一部分。 1234電磁波和水波一樣，兩波相遇，不是大者勝，而是發(fā)生干涉，波長不同、相遇位置不同，干涉條紋也不同。科學家根據(jù)條紋，就能倒推出兩束光是怎么發(fā)生干涉的。 1234根據(jù)這個原理，人類設計了新版探測器：一束激光被一分為二，在兩個長4000米、互相垂直的真空干涉臂中分射，射向到臂端的反射鏡，然后被反射回出發(fā)點，發(fā)生干涉，臂的長度發(fā)生一點點變化，干涉條紋就會隨之變化。 12341991年，美國國家科學基金會贊助麻省理工，建造了兩臺孿生干涉儀，分別放在華盛頓和路易斯安那兩個洲，相隔3000公里，這組引力波探測儀就是LIGO。
1234經(jīng)過幾次重大升級，終于，LIGO 2015版對時空微瀾有了第一次感覺：那是13億光年外的兩顆黑洞合體時激起的波瀾。 123413億年前，藻啊、菌啊這些簡單生命剛剛在地球上快活地玩耍、繁殖。 1234遠在13億光年之外，一顆29倍太陽質(zhì)量的黑洞和一顆36倍太陽質(zhì)量的黑洞相遇、相擁，最終合體，滾了時空床單，激情的漣漪以光速在宇宙深空擴散。 123413億年后，一段微瀾掠過地球，藻菌的后代用一個奇怪的儀器LIGO，探測了時空床單的那一抹微顫。 1234波形、頻率等各種數(shù)據(jù)完美符合愛因斯坦公式的計算。 1234地球一片歡呼。 五、愛因斯坦靠什么準確預測引力波？ 1234理論物理，除了靠高智商之外，更要靠嚴謹?shù)目茖W方法和深厚的科學知識積累，這不是看些古書，然后天降神跡恍然開悟就可以辦到的。所以那些“幾千年前的古人就已經(jīng)預測到×××、某某科學發(fā)現(xiàn)證明了佛學（或上帝、安拉等）、科學翻過一座山發(fā)現(xiàn)神學已經(jīng)在這等了幾千年”之類的意淫就歇了吧。 1234實際上，所有的科普，都只能讓非專業(yè)人士了解個大致輪廓。非專業(yè)人士拿古書各種牽強解釋，來附會這個輪廓，相當可笑。 1234相對論發(fā)布之初，幾乎所有人都認為，它是錯誤的，相對論跟牛頓體系有矛盾，跟古人的各種觀點更是格格不入。但是，它的公式所預言的光線彎曲、水星進動、引力紅移、鐘慢效應、尺縮效應、時空拖曳等，一個一個被證實，理論與觀測符合的精度最高已經(jīng)到達小數(shù)點以后14位數(shù)！這是人類理性預測與觀測符合的最高精度，沒有之一。 1234而引力波，由于效應太弱，一直無法直接探測到，被稱為驗證相對論的最后一塊缺失的拼圖。如今，拼圖完整了，各路神仙土地照例撲上來摘果子。 1234但是，這些神仙土地沒有真正理解： 1234能準確計算13億光年外兩個黑洞的體重，以及它倆滾床單的波形、頻率、強度，這樣的公式是怎么得出的？
1234憑著幾條簡單的、看上去有些匪夷所思的基本原理，如何建立起巍峨的相對論，為現(xiàn)代物理學大廈奠基？ 1234愛因斯坦如何憑著超凡入圣的想象力，引導自己的理性去發(fā)現(xiàn)世界真相，顛覆人類熟悉的經(jīng)驗世界？ 1234世界的真相，為什么要用動輒幾十頁、上百頁的公式去推導？為什么不能靠聰明去“豁然開悟”？ 1234為什么要動用海量財力、物力去驗證一個理論？ 1234為什么那么多高智商天才放著高薪工作不干，非要拿著微薄的報酬去守候一個未知的結(jié)果？ 作者:劉繼軍 著有《愛因斯坦 想象顛覆世界》 正版圖書全場免郵 長按圖書封面“識別二維碼”即可購買 購買了這本書，你其實買了兩本書——人物傳記，物理科普。 第一章懵懂歲月
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