10分鐘帶你讀懂引力波的“前世今生”

最近，關於引力波的一點“風吹草動”都會弄得“滿城風雨”，據新華網報道，美國“激光干涉引力波天文台（LIGO）”科學家近日宣布，他們第三次探測到了引力波。其實，引力波的發現之路並非一帆風順，提到引力波的“前世今身”，還要從1687年談起。

距今330年前的1687年，正是清聖祖康熙二十六年，此時的康熙意氣風發，舉國上下沉浸在“太平盛世”的泡影中無法自拔，享受著農業文明帶給人類的最后一次“歌舞升平”。與此同時，大不列顛島卻顯得並不“安靜”，著名的大海盜愛德華·戴維斯正在奉英國女王的命令駕駛著“孤獨者幸福”號三帆巡洋艦，前往南太平洋尋找“未知的南方大陸”，也就是在這一年7月，艾薩克·牛頓發表了《自然哲學的數學原理》，對經典力學的三個基本定律和萬有引力定律進行了闡述，從而奠定了經典物理學的基石。

點擊下載本組圖片

2017年5月21日，來自山東大學（威海）的參賽選手在調試“引力波模擬與探測實驗系統”。（唐克/人民圖片）

（聲明：凡帶有“人民圖片”字樣圖片，系版權圖片，受法律保護，使用（含轉載）需付費，歡迎致電購買：010-65363647或021-63519288。）

而引力波的“前世”與牛頓力學定律脫不了關系。

據《光明日報》報道，牛頓力學定律中的絕大多數定律都與日常生活經驗一致，比如物體在每個時刻都有明確的位置，每個物理量總有明確的值等。因此從牛頓力學的角度來說，隻要知道物體受力情況和某個時刻的位置和速度，就可以計算出其它任意時刻的位置和速度，例如哈雷根據牛頓力學定律正確預言了哈雷彗星的回歸等。

正因如此，牛頓力學定律在很長一段時間內被人們認為是“絕對的真理”。直到20世紀初，科學家們運用牛頓力學定律計算水星運行軌道時出現了麻煩，其計算結果與現實軌道總有偏差。

1916年，愛因斯坦廣義相對論的橫空出世完美地解決了上述問題。據《今晚報》報道，愛因斯坦提出廣義相對論的最初目的是討論牛頓運動定律在相對論框架下的應用。在牛頓力學中，重力是常量，與參照系無關。但愛因斯坦卻認為，重力只是加速度的一種表現形式。因此，牛頓力學定律並沒有將所有可變因素全部考慮在內，這是其在某些特殊情況下會出現偏差。

雖然廣義相對論的出現彌補了牛頓力學定律在宏觀方面的不足，但廣義相對論中假想出的引力波卻成了這一革命性理論最后的遺憾，因為它在相當長的一段時間內都沒能被証明存在。

這個遺憾被整整擱置了一個世紀，直到引力波的發現。據《科技日報》報道， 2015年9月，美國科學家利用架設在地面上的“激光干涉引力波天文台”（LIGO）首次直接探測到引力波，進而証實了愛因斯坦100年前所做的預測。至此，廣義相對論的最后一塊“拼圖”終於被填上。（趙鵬）

本文由中科院物理所副研究員羅會仟進行科學性把關。