那麼,什麼能產生引力波呢?是宇宙中的風嗎?還是將一顆“石子”砸入空間中?
愛因斯坦告訴我們,產生引力波遠遠沒有產生水波那麼容易,因為空間是非常堅硬的。我們可以打個比方,如果橡膠的堅硬程度為1的話,那麼鋼的堅硬程度則為1011,而空間的堅硬程度則為1043,由此可見,空間比鋼不知堅硬多少倍!但是,在這個堅硬的空間裏,還是有能引起空間波動的原因,那就是巨大恒星的坍縮,或是中子星的合並、黑洞的形成等,它們就像宇宙中的巨型炸彈,蕩起了宇宙空間的波動。
探測引力波的存在
但是,在真正探測到引力波卻不是那麼容易的。
最早進行實際探測引力波的科學家也許要數美國物理學家約瑟夫·韋伯。他在20世紀50年代末開始了這項工作。當時,大多數科學家,包括愛因斯坦在內,將引力波僅看作學術興趣——因為他們認為,空間的硬度是如此的大,引力波如此微弱的信號是無法探測到的。隻有韋伯是個例外。
韋伯動手製作了第一個引力波探測器,他製造了一根非常敏感的共振棒天線,它能夠對引力波產生的震動引起共振:為了減少非引力波引起的震動,韋伯的裝置中設計了各種裝置,然後,將共振棒和所有裝置安放在洞穴中,最後,科學家們嚴陣以待,時刻等待著共振棒的震動。但是,這個裝置的精確度遠遠達不到要求,雖然有情況表明共振棒探測到了“引力波”,但最後都被證實那是由其他原因產生的振動。
雖然韋伯的實驗失敗了,但他對引力波的研究卻引發了科學界對引力波的熱情。此後,新的探測器不斷出現,科學家們絞盡腦汁想各種方法來提高靈敏度、避免其他因素引起的震動。
科學家們經過幾十年的探索,逐漸意識到在地球上建造引力波探測器太難了,這裏影響探測器靈敏度的因素太多了,因此,最好的解決辦法就是:離開地球,到太空去。現在,對引力波的探測有一個“莉莎”計劃。“莉莎”預計能在2010~2020年進入太空,由四個飛船組成,兩艘飛船向另兩艘遠距離的飛船發射分離的激光束,遠距離的飛船將激光放大,再將它們送回原飛船。在那裏,兩個返回的信號重新結合,並把情況發送回地球。當飛船慢慢地繞太陽做軌道運行時,由於引力的影響,飛船會產生微小的移動,這種移動會引起幹涉信號,產生亮與暗的變化。不過這種軌道運動相對來說是可以計算的,它對信號的影響程度也是計算得出的。在地球上的觀測室裏,科學家們可將軌道運動所產生的效應從信號中減去,剩下的則可能是引力波的信號了。
引力波帶來的新境界
引力波的提出把物理學引入了一個新的境界。一旦物理學家們在地球上探測到引力波,他們就可以打開一扇觀察宇宙的全新窗口。古人們用可見光來研究天空,使宇宙從最初的地心說一直發展到日心說;後來,人們用空間傳來的電磁波——X射線、伽馬射線、紅外線、紫外線等——來發現了一個更大更多星係的宇宙;現在,引力波的探測將會證實愛因斯坦所預言的宇宙的正確性,這個宇宙具有不可思議的性質——它的時空可以彎曲。這時的宇宙就像汪洋大海,人在大海之上,並不知道大海正包著地球呈彎曲的形狀,而“大海”蕩起的“波浪”,正時刻影響著人的生活。
引力波給人類提供了一種對宇宙的全新感覺:宇宙聽覺。通過聆聽宇宙的聲音,我們將親身感受黑洞的誕生,記錄下它們的震動,也許還可弄清楚隱藏在其致密的奇點中的本質和意義。黑洞中心的奇點也許類似於宇宙開始時的奇點。通過傾聽引力波,我們也許能傾聽到來自宇宙誕生最初期的那聲空前絕後的大爆炸,我們有朝一日必將親耳聽到恒星的爆炸、中子星合並、黑洞的誕生……
引力波的存在還能解決許多問題。例如,科學家曾認為,在宇宙形成時,當引力與強力、弱力和電磁力分離時,與我們這個世界並存的還有一個影子世界,證實那個影子世界存在的唯一通訊工具就是引力波。當我們用引力波探測儀接收到引力波而又無法找到它的發源地時,就可以確信這是來自影子世界的唯一訊息。引力波的存在還將告訴我們許多不為人知的秘密,將為我們觀測宇宙打開另一個窗口。