为什么探测到引力波有如此重大意义？

文/简书作者：findingsea

北京时间2016年2月11日晚，激光干涉引力波天文台(LIGO)通过观测两个黑洞的碰撞融合过程，并宣布证实了引力波的存在。

随着而来的，是微博和票圈排山倒海的转发，不管是资深天文迷或者物理学爱好者，还是资深热门事件参与爱好者，都热情高涨，大家纷纷表示科学太伟大科学新时代balabalabala，然后心满意足地睡觉去了。

在此谨向彼得希格斯教授以及LHC（欧洲大型强子对撞机）研究中心致以最深切的遗憾，2013年他们同样划时代的发现与成就，在中国的社交媒体上连个水纹都没有。

不过，不管是真的爱好科学，还是只刷下存在感，有更多人参与，就有更多能了解，也算是为科普工作尽一份力。

由于这次发现的影响力如此巨大，在各种网络媒体上，都已经发布和转载了各类科普文章和视频，详细直观地解释了引力波是什么以及如何探测引力波，只要你用心看完，懂得其中道理不是难事。

我想在本文稍作说明的，是为什么探测到引力波有如此重大意义？为什么不管是科学家还是科普媒体，都跟打了鸡血一样兴奋？为什么说这是划时代的成果并开启人类探索宇宙的方式？甚至有不少天文学家，将其对天文学的意义比喻为「如同伽利略第一次将望远镜对准夜空」。

对相对论最后一块拼图的验证：

探测到引力波的最直接成果之一，就是使得广义相对论真正成为了完备验证的理论。

似乎冥冥之中自有天意，1915年爱因斯坦发表场方程，建立广义相对论，隔年他利用广义相对论预言引力波的存在，百年之后人类第一次直接探测到引力波，完备验证了广义相对论。

在爱因斯坦提出广义相对论后，实验物理学家对其做了大量实验验证，绝大部分的实验都证实相对论各方面的正确性，其中最著名的实验，当属1919年艾丁顿利用日全食所做的引力场中的光线偏折实验，也是这个实验算是第一次部分验证了广义相对论（当然这对诺贝尔奖委员会并没有什么卵用，终爱因斯坦一生也没能因为广义相对论获奖，唯一一次获奖是因为他对光电效应的研究）。

爱因斯坦用广义相对论做出的种种预言都陆续得到了验证，唯有引力波实在探测难度太高，一直没有得到直接的验证。虽然物理学界都已经普遍接受广义相对论，并公认其正确性，能不能直接探测都不影响相对论的地位（普遍认为直接探测也只是时间问题），但引力波就好像是一张完美拼图上的最后一块，如今这块拼图终于拼上了。

记得把探测报告烧给爱因斯坦，这样他又能拿着向上帝炫耀了。：）

感知宇宙的涟漪：

在能探测到引力波之前，人类对宇宙的观测手段，经历了这么几个阶段：

肉眼：再原始不过了，什么乱七八糟的星座都是古人拿肉眼看的。

光学望远镜：一下子拓宽了我们的视野，能看到肉眼不能及的范围，著名的哈勃望远镜就是光学望远镜。

射电望远镜：通过接收来自宇宙的各种射电波来聆听宇宙，我们在科幻片里常看到的朝天的「大锅」就是射电望远镜。

如果把肉眼和光学望远镜比喻成「看」，那射电望远镜就像是「听」，而引力波就是「感知」。通过涟漪的波动，来反推出核心漩涡的信息。

虽然在没有雾霾和城市光污染的夜晚里，我们能看到璀璨的星河，但是要知道真正的宇宙中，大部分地方（90%以上）都是无尽的黑暗。而且这种黑暗是真正的、永恒的黑暗——因为它们是黑洞和暗物质，不管造多强多好的望远镜，对这些黑暗我们都束手无策。

有了引力波探测之后，这是「开眼看世界」级别的提升，我们终于有能力去探测宇宙的黑暗里到底有什么。虽然暗物质无形无色，但是它有着巨大的质量，利用引力波我们终于能捕捉到它的蛛丝马迹。和引力波观测的广度相比，我们以前对宇宙的观测和认知简直如同瞎子猜谜。利用引力波之后，我们终于可以看到一个完整的宇宙。像这次LIGO就观测到了两个黑洞的融合过程，这在以前是连想都不敢想的。

同时，对原初引力波的研究，更是把目标直指终极理论（大爆炸）。想想在有生之年，我们也许能见证终极理论被证实的一天，一窥上帝的秘密，简直太让人兴奋了。

看各种言论，已经有同学乐观起时间旅行了。是的，时间旅行的确也是相对论的衍生，但是LIGO的本次实验，只是检测了空间弯曲，而不是时空弯曲，虽然一字之差，却是云泥之别。人类对时间的利用还遥遥无期。不过谁知道呢，科学不就是去完成原来看起来不可能的事情吗？：）

实验物理的追赶：

在过去的很长时间以来，物理学陷入实验物理远远落后于理论物理的挣扎中。也就是说，理论物理学家已经提出了一大堆合理假说，但是实验难以验证（爱因斯坦那时候就是这样）。

不过，随着工程技术的进一步发展，现在我们都有更大功率的强子对撞机了，我们有更好的激光干涉引力波天文台了，而且我们即将会有引力波探测卫星了，我们可以在绕地轨道上构建起数百公里的引力波探测阵列。

实验物理终于要临头赶上了，同时人类对真理的探索也迈出了无比坚实的一步。

结语：

结束之前，我想提一下希格斯教授的研究成果。在很多物理学研究中，质量都是必不可少条件，比如质能方程，比如万有引力方程，但是有没有想过：那质量是哪里来的？对中子质子夸克的研究表明：这些基本粒子本质上就是一团能量。那物质的质量从何而来？希格斯教授提出的微观粒子理论体系，预言了微观世界中，存在这么一种粒子，它可以赋予别的粒子质量，命名为希格斯粒子。世界上大多数强子对撞机的最初建造目的就是找寻希格斯粒子，30多年来，量子物理学家不断研究，对撞机也越造越大。2013年，LHC根据最新一次对撞机的实验结果，宣布证实了希格斯粒子的存在。同年，彼得希格斯教授被授予诺贝尔物理学奖。

希格斯粒子的证实，从理论层面使得微观粒子理论彻底统一（这也是为什么此后就有很多量子物理学家转而去研究暗物质了），从实际意义层面，想象一下以后我们也许有能力随意控制一个物体的质量，如果将其质量降到无限小，那么就可以轻易将其加速到接近光速，这画面简直太美了。

最后不知道如何结尾，只是想说，现代科学的发展早就远远超越了人类常识，去了解和学习这些理论和知识，也许对日常生活没有帮助，但是它能让我们更敬畏我们生活的这个世界，也让我们更敬畏自己。

findingsea：简书原创作者。微信公众号：LinTalk

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