本文關(guān)鍵詞：實(shí)測(cè)天體物理，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

長(zhǎng)江商報(bào)消息 本報(bào)記者專訪華中科技大學(xué)教授縱論引力波

□本報(bào)記者 張萌

宇宙浩瀚，人類一直很孤獨(dú)。仰望星空，是人類古老的傳統(tǒng)，我們渴望探索未知的宇宙，從未停止腳步。

在現(xiàn)代科學(xué)還沒有誕生之前，宇宙幾乎不可探知，多數(shù)人面對(duì)頭頂上神秘的星空，既敬畏又恐懼。 對(duì)此，古人說:“六合之外，存而不論”。但是，科學(xué)的精神卻從不懈怠，未知領(lǐng)域才是科學(xué)前進(jìn)的方向。

2016年2月12日，科學(xué)家們宣布:“引力波終于被探測(cè)到了!”這一消息讓全球?yàn)橹@喜。此次發(fā)現(xiàn)并不是科學(xué)史上的“玩笑”，科學(xué)家們很慎重——美國(guó)加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院、LIGO(激光干涉引力波天文臺(tái))科學(xué)聯(lián)盟和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)聯(lián)合宣布，人類首次探測(cè)到了來自宇宙深處的引力波。

在科學(xué)界之外，引力波成為各大主流媒體關(guān)注的焦點(diǎn)。同時(shí)，在社交網(wǎng)絡(luò)上，引力波成為新的談資，朋友圈中紛紛傳來引力波的文章。一時(shí)間，科學(xué)界、民間和媒體都在關(guān)心引力波，人們突然變得如此關(guān)心起宇宙的問題來。

什么是引力波，能否用三言兩語輕松地就把這個(gè)問題解讀了？引力波的發(fā)現(xiàn)對(duì)于這個(gè)世界來說意義究竟如何？科學(xué)家們又是如何看待這場(chǎng)重大事件的？普通人又將如何走進(jìn)這門深?yuàn)W的學(xué)科，持續(xù)享受宇宙帶來的快樂？我們?yōu)榇藢ＴL了華中科技大學(xué)物理學(xué)教授汪定雄，以專業(yè)的視角，科學(xué)的態(tài)度，真正暢談一次科學(xué)家眼中的引力波。

人類在探索宇宙方面向前邁了一大步

長(zhǎng)江商報(bào)：您所了解的科學(xué)界內(nèi)部是如何看待這一事件的?

汪定雄：作為廣義相對(duì)論的理論預(yù)言，引力波被LIGO直接探測(cè)到，其科學(xué)意義非常重要，國(guó)內(nèi)外科學(xué)界一片沸騰。得知這個(gè)消息后，我們天體物理群里面就沸騰了，甚至有的人太過興奮，而徹夜未眠。

長(zhǎng)江商報(bào)：既然如此，那么從科學(xué)的角度來看，“引力波被成功探測(cè)”其意義究竟何在？

汪定雄：大致總結(jié)一下，其意義體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

首先，這次成功探測(cè)表明人類在利用引力波認(rèn)識(shí)和探索宇宙方面向前邁進(jìn)了一大步。以目前的科學(xué)手段來看，天文觀測(cè)一共有4個(gè)信息渠道，即電磁波、中微子、宇宙線和引力波。其中，引力波信號(hào)極其微弱，因而過去引力波這個(gè)信息渠道并沒有利用起來，也就沒有獲取到宇宙信息。

其次，這次引力波的探測(cè)來自兩個(gè)恒星級(jí)別黑洞的并合過程，是對(duì)引力波的直接測(cè)量。這個(gè)發(fā)現(xiàn)非常重要，很可能獲得諾貝爾獎(jiǎng)。（注：1974年，美國(guó)物理學(xué)家泰勒和赫爾斯利用射電望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了由兩顆質(zhì)量大致與太陽相當(dāng)?shù)闹凶有墙M成的相互旋繞的雙星系統(tǒng)PSR1913+16。觀測(cè)結(jié)果精確地按廣義相對(duì)論所預(yù)測(cè)的那樣：當(dāng)兩個(gè)致密星體近距離彼此繞旋時(shí)，該體系會(huì)產(chǎn)生引力輻射，這是人類第一次得到引力波存在的間接證據(jù)。泰勒和赫爾斯因此獲得1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。）

第三，此次引力波的成功探測(cè)是理論與激光技術(shù)的完美結(jié)合。一方面證明廣義相對(duì)論是描述宇宙的成功理論，另一方面證明激光干涉技術(shù)是測(cè)量宇宙微弱信息的有效手段。

長(zhǎng)江商報(bào)：對(duì)于大多數(shù)人而言，要想真正理解“引力波”恐怕是件很費(fèi)“腦力”的嚴(yán)肅事情。因?yàn)橐M(jìn)入這個(gè)問題，首先還要具備一些理論物理或天體物理的知識(shí)。就像要吃一個(gè)堅(jiān)果，首先要打破那個(gè)堅(jiān)硬的果殼。您能夠以通識(shí)的、大眾可理解的方式，結(jié)合本次引力波事件，介紹一下理論物理和天體物理這兩門學(xué)科嗎？

汪定雄：物理學(xué)可以分為理論物理學(xué)和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域，所以理論物理是物理學(xué)的一個(gè)重要方面。本質(zhì)上看，物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，理論物理學(xué)提出的模型必須受到實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。

可以先發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，再提出理論模型對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋，例如光電效應(yīng)；也可以先有理論預(yù)言，再通過實(shí)驗(yàn)或觀測(cè)去檢驗(yàn)理論的正確與否。這次引力波的直接探測(cè)就是證明100年前廣義相對(duì)論的理論預(yù)言的。

天體物理屬于天文學(xué)與物理學(xué)的交叉科學(xué)，它又分為實(shí)測(cè)天體物理和理論天體物理，這次引力波的測(cè)量就是實(shí)測(cè)天體物理和理論天體物理的結(jié)合。另外，天文學(xué)有一個(gè)新的分支叫引力波天文學(xué)（其中既有實(shí)驗(yàn)部分也有理論部分）。諾貝爾獎(jiǎng)沒有天文學(xué)獎(jiǎng)，因此這次引力波的發(fā)現(xiàn)，如果要拿諾貝爾獎(jiǎng)的話就是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

引力波不能被屏蔽，也不會(huì)被物質(zhì)阻隔

長(zhǎng)江商報(bào)：探測(cè)引力波很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被視為“不可能完成的任務(wù)”。近一個(gè)世紀(jì)以來，也不斷有實(shí)驗(yàn)聲稱直接探測(cè)到了引力波，還屢次造成了轟動(dòng)效果。那么，在您看來此次LIGO所探測(cè)到的數(shù)據(jù)是否也跟以前一樣，是一場(chǎng)誤解？此次探測(cè)的準(zhǔn)確性有多大？

汪定雄：不錯(cuò)，以前的確有很多次宣布引力波的發(fā)現(xiàn)后來又被否定。例如，20世紀(jì)60年代的韋伯實(shí)驗(yàn)，以及2014年的BICEP實(shí)驗(yàn)。但是這次激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)探測(cè)到的引力波是可靠的、準(zhǔn)確的，態(tài)度是謹(jǐn)慎的、科學(xué)的。

引力波新聞發(fā)布的時(shí)間是2016年2月12日，比首次探測(cè)到引力波的時(shí)間（2015年9月14日）晚了近5個(gè)月，可見這條新聞發(fā)布是非常謹(jǐn)慎的。

LIGO由位于路易斯安娜州利文斯頓和華盛頓州漢福德兩個(gè)探測(cè)器組成，引力波信號(hào)被兩個(gè)探測(cè)器同時(shí)測(cè)到，觀測(cè)顯示的波形曲線的變化完全符合廣義相對(duì)論的理論模型預(yù)言。

長(zhǎng)江商報(bào)：為什么說引力波是“時(shí)空漣漪”？它如何在宇宙中穿行，為何不被其他物質(zhì)（或暗物質(zhì)）或能量阻隔？

汪定雄：廣義相對(duì)論認(rèn)為引力的本質(zhì)是時(shí)空幾何在物質(zhì)影響下的彎曲。物質(zhì)分布與時(shí)空度規(guī)（度規(guī)是描述時(shí)空幾何性質(zhì)的物理量）通過愛因斯坦引力場(chǎng)方程聯(lián)系起來，物質(zhì)在彎曲時(shí)空中走短程線。簡(jiǎn)而言之就是：“物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)。”

因而，如果物質(zhì)分布發(fā)生變化，就會(huì)引起時(shí)空彎曲的變化，從而導(dǎo)致引力波，用文學(xué)語言可以說引力波是“時(shí)空漣漪”，類似于石頭在平靜湖面激起的水波。 既然時(shí)空彎曲告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)，那么原則上引力波帶來的時(shí)空曲率變化會(huì)引起它所在處物質(zhì)的位置變化。

與電磁波不同，引力波不能被屏蔽，也不會(huì)被物質(zhì)阻隔。由于引力波極其微弱，引起物質(zhì)的位置變化極其微小，這就是為什么100多年以來沒有直接測(cè)到引力波的原因。

長(zhǎng)江商報(bào)：如果引力波不能被屏蔽，那么它是如何被捕捉到的呢？

汪定雄：LIGO的設(shè)計(jì)思想是引力波到來時(shí)會(huì)導(dǎo)致4公里長(zhǎng)的兩個(gè)互相垂直的L形激光棒的干涉條紋發(fā)生變化。

引力波的直接探測(cè)，完成了廣義相對(duì)論的最后一塊拼圖

長(zhǎng)江商報(bào)：從此次探測(cè)到的引力波數(shù)據(jù)中，我們可以讀出什么結(jié)果?新的突破點(diǎn)在哪里？

汪定雄：這次測(cè)量到的引力波信號(hào)來自13億光年的兩個(gè)恒星級(jí)黑洞的并合，這兩個(gè)黑洞一個(gè)質(zhì)量為29個(gè)太陽質(zhì)量，另一個(gè)質(zhì)量為36個(gè)太陽質(zhì)量，兩個(gè)黑洞互相繞轉(zhuǎn)，逐漸靠攏最后在極短的時(shí)間并合成一個(gè)質(zhì)量為62個(gè)太陽質(zhì)量的黑洞，并合前后的質(zhì)量差為3個(gè)太陽質(zhì)量，所對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化為引力波釋放出來了�？梢哉f引力波的直接探測(cè)完成了廣義相對(duì)論的最后一塊拼圖。

除了證明廣義相對(duì)論是正確的以外，探測(cè)引力波的科學(xué)意義是人類首次聽到來自宇宙深處的“聲音”，從而極大促進(jìn)了引力波天文學(xué)和宇宙學(xué)的研究。引力波的探測(cè)與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用之間是有一定距離，回想法拉第在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)時(shí)，不是也沒有立即看到其應(yīng)用價(jià)值嗎？另外，各種引力波探測(cè)器的研制成功本身也具有重要的科學(xué)價(jià)值。

再次證明愛因斯坦的一句非常具有哲理的名言：“宇宙中最不可理解的事情是宇宙是可以理解的�！边@是人類智慧的勝利。

長(zhǎng)江商報(bào)：基礎(chǔ)科學(xué)是辛苦的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮途徛�，又是震撼性的、革命性的和催化性的，這是基礎(chǔ)科學(xué)存在的一個(gè)悖論。麻省理工學(xué)院校長(zhǎng)L.Rafael Reif說：“沒有基礎(chǔ)科學(xué)，最好的設(shè)想就無法得到改進(jìn)，創(chuàng)新只能小打小鬧。只有隨著基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步，社會(huì)才能進(jìn)步�！本湍壳皣�(guó)內(nèi)在“引力波”領(lǐng)域的研究處于什么階段？

汪定雄：國(guó)內(nèi)引力波研究正處于急起直追階段，目前引力波探測(cè)有天琴計(jì)劃、阿里計(jì)劃和太極計(jì)劃。中山大學(xué)的天琴計(jì)劃已于2015年啟動(dòng)。太極計(jì)劃則是今年2月16日才正式對(duì)外宣布啟動(dòng)，它與天琴計(jì)劃一樣同屬于空間引力波探測(cè)，也就是可以直接探測(cè)的引力波。阿里計(jì)劃則立足于地面設(shè)備的探測(cè)，用于探測(cè)頻率最低的原初引力波。其中，太極計(jì)劃是中歐合作計(jì)劃，天琴和阿里計(jì)劃則是我國(guó)獨(dú)立自主的。

長(zhǎng)江商報(bào)：您長(zhǎng)期從事“黑洞吸積盤的演化及其廣義相對(duì)論效應(yīng)”研究，是否能從您研究的領(lǐng)域視角，談?wù)勀母邢耄?/p>

汪定雄：黑洞吸積盤是天體物理的重要理論模型和能源機(jī)制，與引力波沒有直接聯(lián)系。但是兩個(gè)黑洞的并合過程可能伴隨黑洞吸積盤的演化，引力波信號(hào)的產(chǎn)生與傳播過程也可能伴隨電磁輻射信號(hào)的產(chǎn)生�，F(xiàn)在天文學(xué)已進(jìn)入多信使天文學(xué)階段，需要對(duì)來自電磁波、中微子、宇宙線和引力波四大渠道的信息進(jìn)行綜合處理與研究。

長(zhǎng)江商報(bào)：如果普通大眾想要更多地了解理論物理和宇宙方面的知識(shí)，有哪些書籍值得推薦？供對(duì)此興趣的中學(xué)生和物理愛好者閱讀。

汪定雄：天文學(xué)是一門古老又年輕的科學(xué)，也是一門非常有魅力的科學(xué)。天文學(xué)是科普的重要領(lǐng)域。隨著我國(guó)國(guó)力的增強(qiáng)，天文觀測(cè)的投入越來越多，需要大量年輕人加入天文學(xué)研究的隊(duì)伍。

理論物理是物理專業(yè)大學(xué)生課程，宇宙學(xué)是天文專業(yè)大學(xué)生課程。天文科普是提高國(guó)民科學(xué)素質(zhì)的重要方面，在天文科普方面優(yōu)秀著作有很多，，其中最有影響的是霍金的《時(shí)間簡(jiǎn)史》�！短煳膼酆谜摺冯s志是一本圖文并茂的天文科普雜志，辦得很好。騰訊科學(xué)有很多天文學(xué)信息與視頻，適合天文愛好者學(xué)習(xí)。

汪定雄

男，1946年2月出生。畢業(yè)于清華大學(xué)工程物理專業(yè)�，F(xiàn)為華中科技大學(xué)物理教授、博士生導(dǎo)師，國(guó)際天文學(xué)會(huì)會(huì)員。主要研究黑洞吸積盤的演化及其廣義相對(duì)論效應(yīng)，利用磁流體動(dòng)力學(xué)的方法研究黑洞與磁化吸積盤的相互作用。

兩個(gè)恒星級(jí)黑洞產(chǎn)生引力波的過程（從左至右先后經(jīng)歷旋進(jìn)，并合和靜停三個(gè)階段）及對(duì)應(yīng)的引力波曲線。

兩個(gè)恒星級(jí)黑洞并合產(chǎn)生引力波的示意圖。

受訪者供圖

  本文關(guān)鍵詞：實(shí)測(cè)天體物理，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。