引力波将产生的应用，我们这些世俗的脑袋远远想不到

爱因斯坦广义相对论发表100周年纪念刚刚过去，科学家们就探测到了引力波的存在，这究竟是冥冥中的安排还是人类对科学探索的必然？激光干涉引力波天文台（LIGO）于北京时间2月11日23时30分发布消息后，瞬间引爆了全世界，LIGO的网站一度因为关注者太多而瘫痪。    

据介绍，引力波之所以一直难以被直接观测到，最主要原因就是它只是一个很小的搅动，要确认引力波的存在，需要排除大量的背景噪音——100年前，爱因斯坦认为引力波在任何能想象的情况下都可以忽略，这使得LIGO在公布结果时非常谨慎。    

物理学家称，探测到引力波是对爱因斯坦广义相对论的验证，但更深层次的意义在于，这不仅开启了物理学和天文学研究的新纪元，也许还会带来“我们现在这些世俗的脑袋远远想不到的应用”。    

两面镜子之间的时空发生了扭曲

简单来说，此次引力波被探测到，是源于两面镜子之间的时空发生了微小的扭曲。上海交通大学物理与天文系特别研究员张骏告诉记者。    

广义相对论告诉我们：在非球对称的物质分布情况下，物质运动或物质体系的质量分布发生变化时，会产生引力波。在宇宙中，有时就会出现如致密星体碰撞并合这样极其剧烈的天体物理过程。过程中的大质量天体剧烈运动扰动着周围的时空，扭曲时空的波动也在这个过程中以光速向外传播出去。因此引力波的本质就是时空曲率的波动，也可以唯美地称之为时空的“涟漪”。    

张骏说，最简单的例子就是，一盆水中放入一枚硬币，当手指搅动水时，承载这一波动的水体产生了曲率，并发散出去，使得我们看到硬币的样子发生了扭曲。而大质量天体在发生剧烈变化时，也会改变周围的时空曲率，产生波动。    

由于引力波对周围时空曲率的改变随着距离的变远而越来越弱，因此长期以来，引力波一直很难被直接观测到。此次观测到的引力波就是距离我们13亿光年的两个质量为太阳的36倍和29倍的黑洞在合并时，根据爱因斯坦的质能转化公式 (E=mc2)，损失了一部分质量，转化成了波动，改变了周围的时空曲率，并“漫延”到了地球。    

4对在真空中相距4公里的40千克的玻璃镜子的距离，以原子核尺寸千分之一大小的振幅振动了十几次——这样微乎其微的振动被打在这些镜子上的100千瓦的激光读出，被LIGO观测到，从而使人类第一次感受到了黑洞附近时间和空间的高度扭曲和脉动。    

引力波的发现会为我们打开虫洞吗

打开“虫洞”？发现我们高级文明的高维宇宙？很多科幻迷们在得知这一新闻后，难抑激动的心情，渴望引力波的探测到会为我们打开“虫洞”、开启时间旅行带来可能性。    

早在1895年，著名英国科幻作家威尔斯就在《时间机器》中让时间旅行实现了可能。爱因斯坦在狭义相对论中将时空统一，并在广义相对论中道出了引力的奥秘——时空命令物质如何运动，而物质引导时空如何弯曲。    

这一理论使得不少科幻小说在其后将时空曲率的产生作为开启时空旅行的钥匙，因为时空弯曲导致了虫洞的产生，从而使得时空旅行可以实现。    

“就目前来说，理论上确实存在构造一个时空结构的可能性。虽然目前还没有看到任何理论机制可以使我们产生虫洞，但是此次引力波造成的非常微小的时空扭曲，是距离我们13亿光年的天体运动带来的，而如果是发生在银河系中，甚至离我们更近，那会带来什么呢？”张骏说，“这对人类来说也许会是开启了一个新世界的窗，只是我们现在还不能预料窗外有什么”。    

正如狭义相对论在刚刚提出的时候，也没有人预料到它会带来质能转换方程，最终带来核能利用的开发；电磁波发现的时候，麦克斯韦方程建立的时候，也没有人知道会给人类带来什么，但是现在不管是电视机还是移动电话，都与电磁现象有关。“一个新的科学的发现，会给人类社会带来无法预估的发展。就目前来说，用我们世俗的头脑很难预期。”张骏说。    

而中科院物理所研究员李玉同称，在引力波观测的过程中，一些特殊的物理现象也许会超出现有物理理论框架，因而需要新的物理理论解释，这会给我们的物理学研究带来巨大的进展甚至改变。    

LIGO科学联盟的核心成员，也是此次论文的作者之一、加州理工学院陈雁北教授在消息发布后接受媒体采访时称，他曾经有一个来自日本的博士后——实验物理学家宗宫健太郎，也是日本引力波探测器KaGRA的重要参加者，他之所以参与引力波研究，就是因为他觉得发现了引力波、发现了黑洞，就是造出机器猫里面的“时间机器”的第一步。“也许，这是一个比较幼稚的想法，但50年前，正是实验物理学家乔·韦伯的‘幼稚，才开拓了引力波探测的先河，导致了50年后今天对双黑洞的发现。”    

对引力波更多些了解才可能让我们想象实际应用

直接探测到引力波对人类来说，是里程碑式的突破。中科院院士、上海交通大学物理与天文系教授景益鹏在接受记者采访时称，从长远来看，可想象的应用太多了，也许星际通信也可以由此实现。    

长期从事宇宙大尺度结构形成等宇宙科学研究的景益鹏教授称，就目前来看，我们只能说，引力波探测具有的里程碑式的突破意义有两点：一是验证了广义相对论;二是开创了引力波天文学的新纪元。短期来说，这一发现为我们研究宇宙演化过程、致密天体的变化，乃至宇宙大爆炸提供了基础。    

著名物理科普作家卢昌海也发布微博称：“观测引力波的意义远远超出了对广义相对论的验证，这就好比发现电磁波是对电磁理论的验证，但观测电磁波的意义远远超出了对电磁理论的验证，而几乎构成了观测天文学的半壁江山。对引力波的直接观测开启了观测自然的一条全新途径，这才是此次发现的最大意义。”    

“每当有新的物理现象被观测到，往往会带来科学上不可预料的进展。一旦引力波的机制的研究有了突破性的进展，那么也许会带来新的应用。”在景益鹏看来，在遥远的未来，引力波一定会有应用上的突破。比如，引力波与电磁波也许有某种程度的类似，但是电磁波用于通讯时会受到某些空间或者物体的隔离，而引力波则可以绕过某些空间，未来是否会用于星际通信，或者产生更多的应用，那取决于未来人类对引力波了解的多少，以及我们的想象力了。    

来源：《文汇报》 2016.02.13 第01版 要闻    

原文： 它能带领我们开启时间旅行吗