(今年诺贝尔物理奖今日揭晓,宇宙波又成热点)
三百多年前牛顿因为一只苹果砸了他的脑袋而创建了重(引)力学;解释了月亮干吗非绕地球转不可。此后300多年来发射卫星、登月、太空探测、行星轨道计算一直沿用牛顿的数学公式,从未失算过。
牛顿说两物体之间必有引力而且给出引力的计算公式,但没有解释俩物体之间为什么会有引力,总不会是因为门当户对或看对眼了吧?引力到底是什么?中学物理老师很可能把引力比喻为一条看不见的绳子。绳子是否可见和有没有绳子是两个截然不同的问题。
一百年前爱因斯坦出来PK牛顿。他俩都同意空间有尺度,大小、宽窄,太空中也许有物质也许没有。但牛顿从不认为物体的存在会对空间的形状有任何影响;而爱因斯坦认定一定会有、而且影响还不小。物体可以使空间变形、起皱、甚至伸缩【1】。
这张图最近走俏,估计大家都看到过了。想象把地球扔在这张蹦蹦床上,因为地球质量大,蹦蹦床中间陷下去了。此时你要是站在绷绷床边上也会陷下去,一直陷到地球上。
想象这不是蹦蹦床,而是地球附近的空间,因为地球的存在而使周围的空间弯曲了【1】,地球附近的东西都会顺着这个弯曲掉在地球上。这就圆满地解释了“重力”是怎样工作的:你是“陷落”而不是被“吸引”到地球上的!
这张图只显示了两维空间(蹦蹦床)在三维空间里的弯曲情况。三维空间怎样弯曲,只好凭想象了。【1】
归纳起来,俩学派认知不同乃是一“引”一“陷”。
爱因斯坦乘胜追击。牛顿认为两个物体引力作用是持续的、瞬时的。爱因斯坦不买这个账。要是哪天太阳说“老子不干了”而突然消失了,地球怎么会瞬间就知道不该绕太阳转了,他们之间不是没绳子拴着吗?应该还是需要些时间(太阳消失)这一信息才能传到地球,而离太阳更远的冥王星应该知道的更晚些才是啊!
这就要说到重力波了。天上的陨石掉在海里,会引起巨大的波涛导致海啸。海底突然地陷,同样会引起巨大的波涛导致海啸。日本的海啸就是因为海底地震引发的。
还是回到那张蹦蹦床。这回假设落在蹦蹦床中间的是太阳,要是哪天太阳突然消失了,那蹦蹦床瞬间绷平了,还要上下颤动数次。再回到空间,要是太阳突然不见了,它附近弯曲的空间突然伸直了,这就相当于海底地陷了,原来的海底不见了,会引起巨大波涛。这个空间的波涛是以空间的不断伸缩【1】向外传输的,就像水波一样。这就是宇宙波!
宇宙波按光速传播,瞬间传到地球,或者说宇宙海啸瞬间到了地球,就把地球冲出原来的轨道不再绕太阳旋转了。这就解释了要是哪天太阳突然消失了,地球为什么就会“飞”出去了。其实它不是“飞”的,是宇宙波“推”它出去的吧?【2】
探测到宇宙波的存在,也就证明了爱因斯坦理论的正确,意义重大。另一方面,人类关于宇宙的知识全都来自于光或电磁波。宇宙波给了人类了解宇宙的一个崭新的窗口。据说宇宙波衰减(相对)很小,极有可能宇宙起源时大爆炸引起的宇宙波还在宇宙空间里游荡,也许有一天会让人类捕捉到。这是绝好的好莱坞电影题材。
这就是老康的五分钟的“宇宙波”。
【1】 应该说是时空的弯曲和伸缩。这要去研究爱因斯坦的广义相对论。
【2】 这段系老康自由发挥,参考文献里没有。若有错误敬请指正。不然就权当科幻小说来读吧。
【参考文献】
Essay: Newton vs. Einstein vs. the Next Wave
【抵赖】 老康一贯现学现卖、急用先学。缪误之处敬请指正!老康这厢有礼了!
2016年2月15日波士顿,版权归作者所有。