下篇︰這是一個波動的時空

　　在平直的空間中，除了聲音、光和原子物質的波瀾外，我們再也不能想象還能有其它什麼東西在波動。但真實宇宙中的確還有一種無處不在的“聲波”從來沒有被人類感受過，它是任何有質量的物體運動時都會發出的“聲音”︰小到繞核運動的電子發出的悉悉嗦嗦的聲音，大到宇宙大爆炸遠在137億年前的那一聲霹靂。它們是物質加速或者形變而激蕩起的

　　引力波處處存在，聲波不在的地方，它也存在；光波不在的地方，它也能存在。引力波能以光速穿過真空，從太陽傳向地球的引力波可以輕而易舉地穿透地球，實際上，任何物質對它來說，都是透明的，物質對引力波的損耗極小，它一旦從源頭傳出，便會攜帶能量和波源物體的運動信息永不消失。總之，這種奇怪的波是人類打開的一扇從沒有打開過的未知窗口。

　　引力波也非常容易產生，許多加速運動的物體都可以發射引力波︰一個跳躍的小球，揮舞雙臂的人，月亮圍繞地球的運動……凡是有質量的物質加速運動都能發射引力波，但都太弱了。如果讓一根長為20米，直徑為1.6米，重500噸的圓棒以能夠撕裂自身的極限速度(約為每秒28轉)圍繞自身中心點高速轉動，它發射的引力波功率也不過只有2.2×10-19瓦，要探測這樣微弱的能量變化，即使利用今天最先進的技術也是不可能的。月亮圍繞地球的運動，行星繞日公轉……都能發射引力波，但到達地面時引力波的功率甚至比圓棒實驗產生的功率還弱。

　　因此我們只能把目光投向宇宙中那些質量巨大的恆星。

　　中子雙星的死亡之舞

　　宇宙間大質量天體的運動，是較強的引力波源。特別是一些雙星體系，它們產生的引力波會更強大些。例如天狼雙星在其附近產生的引力波功率可達到1.1×1015瓦，激起的引力波可以將附近一個太陽大小的恆星推開，但它們到達地球上時僅僅剩下1.3×10—24瓦，微弱得只能將一個原子震動。所以人們只能想辦法間接地“觀看”引力波的秘密。

　　雙星是一種典型的引力波源。引力波能把雙星的能量慢慢帶走，使整個雙星體系的能量變小。結果，雙星相互公轉的周期越來越短，到最後發生踫撞融合事件，在引力波的作用下完成一節死亡之舞。人們在有生之年是無法觀看到死亡之舞的全程的，但只要我們能證實雙星周期變短確實存在，盡管沒有直接測到引力波，也是對引力波理論的有力支持。這就是天體物理家目前采用的方法。

　　幸運的是，1974年底，美國射電天文學家胡爾斯及泰勒發現了一顆名叫PSR1913＋16的射電脈沖星正在跳著這樣的舞蹈。這顆星與眾不同，是當時發現的惟一一對含有脈沖星雙星中的一個成員，它以每秒200轉左右的速度自轉，同時以不到8小時一圈的公轉周期與它的伴星繞轉。在這樣的“二人轉”中，它們因激起時空的巨瀾而逐漸損失能量，結果是二者越來越近，轉得越來越快，預計相互在距離500公里的時候，就會以接近光速的速度踫撞而融合，成為黑洞。在踫撞的瞬間，慘烈的程度是沒有什麼可以比擬的，現在只知道那是宇宙間最能掀起時空浪濤的事件，甚至是時空的海嘯！即使這樣，我們的儀器仍然需要改進才能在地球上感受到它們傳來的消息。胡爾斯和泰勒在隨後近20年的精密測量中發現，那顆脈沖星和它的伴星相互旋轉一周所花的時間每10年就要減少4秒，或者每年相互靠近大約1厘米，估計3億年之後，它們的間距就會縮小到迎來死亡踫撞的程度。雖然人類還沒有直接听到中子雙星走向死亡時發出的引力波尖叫聲，但已經看到發出那種尖聲的“口型”了。人類開始感受一種陌生的動蕩，那種時空的波瀾，讓沉重的星體變得好像水面上微微蕩漾著的樹葉。

　　暗夜里不安定的暴動

　　如果能夠掀起時空巨瀾的宇宙事件是那樣的罕見，我們無限的宇宙將真正是無聲的曠野。隨著宇宙觀測能力的提高，人們發現的事實遠不是這樣的，當我們的城市從躁動中沉睡下來時，那暗夜里的躁動在遙遠的太空中從未停息過，簡直是一場場暴動。

　　質量巨大的恆星最終都以超新星的形式走向死亡，那種波瀾壯闊的死亡現象經常發生在我們的宇宙之中。當一個巨星坍縮而體積減小時，它的轉動速度也要相應地加快，就像溜冰的人將手臂收攏後使身體轉速加快一樣。當一個旋轉的紅巨星坍縮成一顆直徑20公里左右的中子星時，理論上它的轉速比任何脈沖星都要快，伴隨著高速的旋轉，它在宇宙中激蕩起陣陣強烈的引力波。

　　超新星不停地在我們的宇宙中爆炸，將時空擾動得動蕩不定。在一個如我們銀河系一樣的星系中，每10年到100年就有一次這樣的時空暴動；在我們可以觀測到的宇宙中，超新星以每秒鐘1000顆的速度爆炸著。如果把這個區域濃縮到你目力能及的夜空，你將看到天空中出現比任何人間焰火還要燦爛的壯觀場面，相信你也因此能感到引力波沖擊你的衣履如晚風中樹葉的瑟瑟。

　　但是這樣的故事還沒有完。部分從超新星坍縮並有幸形成雙星的脈沖中子星，還將繼續在時空的池塘里鼓蕩著。特別是在雙星合並的最後一分鐘，它們會發出老鼠一樣極端興奮的“吱吱”聲，激烈震蕩的引力波能量等于10萬個銀河系的光波總能量。這樣的中子星雙星僅在銀河系中就大約有10萬個，每一萬年中就能有一個走向死亡融合。遺憾的是，即使這樣多的暴動在不停地掀起時空的波瀾，人類還很低劣的檢測技術依然難以探測到它們。

　　除了中子星雙星能夠發出興奮的呼叫之外，其它類型的雙星致密天體當然也會大呼小叫。引力波的頻率範圍非常寬廣，不同天體不同運動事件將產生各不相同的音色。實際上，我們的太空不但色彩艷麗，而且聲音動听，那里既有各種“鳥鳴獸吼”，也有呢語喃喃；那里既有悠揚的小夜曲，也有壯麗的贊頌宇宙的交響樂。就像用收音機收听音樂台一樣，你需要的只是調台選擇傾听。

　　這些聲音中聲調最尖利的，大概是由超新星劇烈膨脹或坍縮中子星旋轉以及致密雙星合並這一類突發事件所發出的，這種引力波的波長大約300公里到3萬公里，頻率在10到1000赫茲，我們可以在地面通過儀器來直接听到這種處于人耳可辨聲波頻率範圍的引力波。

　　然後就是更加低沉的更像是從宇宙的巨人們的喉嚨里發出的嗡嗡聲，例如由幾百個到幾千個太陽質量的超大質量黑洞或一對相互旋轉的大恆星雙星發出的引力波，其波長大約為百分之一到10個天文單位，這樣低沉的“聲音”是無法通過地面實驗來感知的。

　　最神秘的，還是波長至少達10光年的引力波，它們起源于宇宙的早期，甚至是大爆炸炸響的瞬間，宇宙學家把它們描述為宇宙弦的振蕩——在低聲述說著這個宇宙最深藏的秘密。但以目前科學技術的發展趨勢，還看不到能夠對它進行測量的任何可能。

　　傾听永不消失的引力波

　　為了捕捉到引力波，數十年來，人們一直孜孜以求地嘗試著各種探測器制造技術和理論。只有打造好了一只靈敏的“耳朵”，我們才能听到最隱秘的聲音。在全世界，致力于引力波探測的科學家們正在為我們創造越來越先進的傾听引力波的“第三只耳朵”，有了它，宇宙太空中的星系生活將不再只是望遠鏡中的啞劇。

　　引力波的傳播與其它的波都不相同，當它穿過物體時，首先是將物體左右拉長，再擠壓回到原來狀態；然後是上下拉長，再擠壓回到原來狀態。如果引力波作用在一個圓形截面的物體上，我們將可以看到圓面上下左右地拉長，從而使物體形狀在圓形和橢圓形之間來回震蕩。這就是所謂的四極震動波。科學家們根據這個原理，設計了四個大小幾乎一模一樣、表面極端光滑的懸掛小球組成的探測儀器。當引力波穿過它們時，人們就會看見四個小球相對著先左右遠離，靠攏；再上下遠離，靠攏。當然，這個移 動的距離會很微弱，甚至不超過氫原子大小，而且變動速度與光速一樣迅速，但今天的技術足以能夠觀察到這隱秘的波動了。今年4月初由美國航天局發射的“引力探測器B型”衛星，就是依據這個原理制造的。科學家可以根據這個距離地球635公里高處的衛星中，四個乒乓球大小的石英小球的定向變化，判斷宇宙的時空結構是否發生了波動。

　　除了直接利用物質的波動運動來探測引力波外，運用得更多的是根據引力波對光的干涉原理，制造成的各種激光干涉儀引力波探測器。目前世界上在建和已經開始運行的地面引力波探測器包括美國的LIGO，意大利的VIRGO，德國的GEO和日本的TAMA。它們的結構大體類似，都是由兩個成90度交叉的長長的真空管臂組成，只是真空管道雙臂長度不同，其中LIGO的長達4公里，VIRGO的長達3公里， GEO的600米，TAMA的300米。以規模最大的LIGO為例，它從一個地方發出兩束激光，經遠處平面鏡反射後又回到起點匯合。如果這兩束激光的波長在這個傳播路途中沒有改變，他們返回後形成的光斑亮度還和原來一樣。但是，如果有較強的引力波干擾了它們，使他們各自傳播的空間發生了距離改變，再返回來時就不會和先前一樣匯合了︰要麼波疊加使光亮變強，要麼波峰和波谷相互抵消使光變暗甚至消失。預計兩個臂發生長度改變只有一個氫原子大小的1億分之一。LIGO設在美國的一個平原上，專門用來接收來自銀河系的中子星或者黑洞運動引起的高頻率引力波。

　　可是地面上建造的“耳朵”，再大也不能听到超大質量黑洞發出的更低沉的呼嚕聲，因此歐洲航天局和美國航天局合作，正在著手進行名為 LISA的太空引力波探測器研制。它由三顆衛星組成，將在2008年發射升空，排列成一個邊長為500萬千米的等邊三角形，並靜靜地呆在繞太陽公轉的軌道上。由于LISA有一個500萬千米的超長“手臂”，比起LIGO等其它探測器來不知要靈敏多少倍，它可以很容易地听到來自宇宙更深處聲音喑啞的低頻引力波甚至宇宙早期發出已經成為背景的低音。

　　引力波，你可以做什麼？

　　我們已經能夠利用各種頻率的光波觀看物體的形狀，已經能夠利用各種波段的聲波傾听物體的聲音，我們似乎已經不需要什麼別的手段來更好地了解物體了。但是人們還看不見黑洞、看不見星體的內部、也看不見被塵埃遮蔽的星雲中央和宇宙大爆炸時的宏偉場面，這個宇宙人類無法看清的東西太多了。我們能不能像看一個玻璃球一樣看黑洞、我們的地球和月亮，能不能听到137億年前那最震撼的宇宙大爆炸聲響？

　　人類為了尋找地外智慧生命，曾經用各種各樣的電磁波和聲波向太空發送我們地球人的各種信息，其實這樣的信息載體究竟能夠穿越時空多遠，是很值得懷疑的，在日常生活中，我們的電磁波和聲波太容易被物體阻擋了。而在浩瀚的宇宙中，我們的電磁波望遠鏡要穿透一顆星體幾乎不可能，所以迄今所獲得的關于宇宙天體的信息，都很難直接顯示出天體內部的真實情況。

　　引力波的橫空出世，將讓人們觀察物體的角度發生革命性的改變。如果利用引力波觀測，這個世界將變得更加絢麗和熱鬧，所有的問題也更加透明而明晰。引力波能夠讓人類的感覺觸及宇宙事件的每一個角落和細節︰耀眼的超新星爆炸不再是啞劇，它從引力波中傳來爆米花一樣的聲音；中子星的踫撞、黑洞的創生像一場高昂的大合唱；你甚至能听見宇宙炸開、但光子都還沒有跑出來之前那陣空前絕後的轟響。光波讓我們的視覺貫穿時空，而引力波則讓我們听見過去和現在，那是又一種多麼奇妙的時空穿越呀。

　　比起電磁波來，引力波更能暢通無阻，通過無處不在的時空網絡，任何物體的運動都在向外傳遞它最豐富的信息。如果用引力波來發射電視信號，高高的電視塔和通訊衛星都會成為過去。也許宇宙中的地外智慧生命早已通過引力波來通訊了，但是我們人類沒有一個相應的“信箱”可以接收到它們特殊的信件。在宇宙中，引力波更能夠直接告訴我們超新星爆發時內部所發生的很多情節；我們一直看不透的黑洞，在引力波望遠鏡面前也許就透明得如同一只美麗的玻璃花瓶，要了解那神秘的奇點也許不再完全依靠想象了。

　　但是更奇特而實用的，應該是人類可以憑借引力波的波動做“沖浪運動”了。引力波震蕩時，可以將空間拉伸和擠壓，使時空距離變長或者縮短。你坐在中國上海家中的餐桌旁，依賴定向發射的一陣引力波，你忽然就落在了美國繁忙的紐約公司里。這個速度比眨眼還快，因為引力波以光速傳遞時空的形變。

　　也許你不知道，“制造”這個宇宙的真正力量還是引力波。宇宙大爆炸後，能量與物質完全均勻分布，沒有一種力量打破這種均衡，就不會啟動能量凝聚成大塊原子、塵埃、恆星和星系。是與爆炸同時產生的時空漣漪擾動了宇宙，使物質踫撞、堆積，反過來更大質量的星際物質加劇了時空網絡的扭曲，物質的演化開始循環加速了。

　　從光速不變原理的萌芽，到逐漸完成一個彎曲空間的宇宙構想，最終又認識到波動時空這一宇宙的本真，愛因斯坦的這一段光輝歷程不但為人類構建了一套前所未有的偉大相對論，也為人類發掘出了一座引力波的偉大寶藏。我們不能完全想象得到引力波的神奇用途，但是它帶給我們的每一種想象與期待，都是從未有過的迷人和壯麗。利用引力波，將是人類最偉大的創造，而為人類展現引力波神話的先驅愛因斯坦，將成為最偉大的為人類盜取真理火種的現實中的普羅米修斯。