引力波，我們和外星文明之間“約炮”以及作死神器

當劉慈欣在《三體》中描述追擊到宇宙深處的萬有引力號在得知地球被三體星人佔據的時候，毅然向宇宙深處發射了引力波釋出了三體星的星圖座標暫時拯救人類的時候，也許也沒有想到，人類和引力波“親密接觸”的速度如此之快。

臺北時間2017年10月16日22時，世界各地70多家天文臺的科學家代表們宣佈，首次直接探測到雙中子星合併產生的引力波及其伴隨的電磁訊號。這是人類歷史上第一次實現引力波的多信使觀測，這些觀測覆蓋了整個電磁波段：光學、紅外、紫外、高能、射電，也是首次“看"到了引力波，這為認識宇宙提供了電磁天文學所不能實現的新機會。

當然，這並不是人類第一次觀測到它，自2015年9月14日科學家首次探測到引力波訊號以來，我們已經陸陸續續探測到4次引力波訊號，但它們無一例外都是來自兩個黑洞的合併。而此次探測到的第五次引力波訊號則來自距離地球大約1.3億光年水蛇座星系，由1.1倍以及1.6倍太陽質量兩顆中子星碰撞所產生的。

到底什麼是引力波？這還要追溯到100年前的愛因斯坦的廣義相對論，廣義相對論認為，時間是空間的組成部分，時間是可以更改的，不斷變化的，時間甚至還有形狀。它與三維空間結合在一起。用斯蒂芬·霍金的話來說是“無法解脫地交織在一起”，不可思議地形成了所謂的“時空”。

引力是由於質量所引發的時空扭曲所造成，任何有質量的物體加速運動都會對周圍的時空產生影響，時空在伸展和壓縮的過程中，會產生振動，這些以光速擴散的振動就是引力波。這些波動，我們可以想象為將一塊石子投入水中所掀起的漣漪。

而天體劇烈活動引起的時空擾動，就好比在浩渺的宇宙中央投下一顆石子，歷經10多億年漫漫星系之旅，時空的漣漪最終與地球邂逅1秒。從1916年愛因斯坦的預言，到2016年2月首次確定探測到引力波訊號，人類為了這最後1秒的相遇，苦苦探尋百年。

不容易啊，此次中子星碰撞合併所產生的引力波也同時證明了三件事情：

第一件，愛因斯坦太牛逼了。

要知道，在1905年這個人類物理學歷史上的大奇蹟年，沒有大學學位，沒有自己的實驗室，時任瑞士伯爾尼專利局三級技術審查員阿爾伯特·愛因斯坦一口氣在德國的物理學雜誌《物理學年鑑》上發表了五篇論文，其中三篇“稱得上是物理學史上的最偉大的作品”，這裡面就有震驚世界的狹義相對論，但是愛因斯坦的那個大腦袋並沒有停止思考，相比於之後他的發現，前三個所謂“最偉大”也就是那麼回事吧。

1916年，他發表了題為《關於廣義相對論的宇宙學思考》的論文，正式提出了廣義相對論的物理學理論，從此人類物理學進入到了一個新的時代。

你可以說他是一個天才（即便他三歲才會說話，學業沒看出半點天才的意思），同時也可以說他是一個巫師或者可以與騙子劃等號的預言家，可見我的另一篇文章《人類世界最後一個預言家》，從1905年到1916年這十一年間的偉大理論成就大部分都是由他的那個大腦袋透過公式或者推測空想出來的，沒有任何實質性的證明，當然事實上，那時候也不可能進行證明。

這就彷彿是一個從未來穿越過去的人，寫出了鬼畫符般的天書（相對論號稱只有12個地球人懂），就等著未來去證明了。

透過愛因斯坦的方向，人類的科技高速發展，並且很快證明，他想的都是對的。

第二件，終於解開了重金屬的起源之謎。

中子星是大質量恆星在發生超新星爆發死亡後留下的殘骸，它們是宇宙中最奇異的天體型別之一，它們的密度極大，僅次於黑洞，但體量很小，一湯匙的中子星物質相當於全世界70億人的體重加在一起的總和，直徑十幾公里的中子星的質量已經比太陽還大了。

根據“宇宙大爆炸”理論，在突破奇點引爆之後，高速膨脹中宇宙中只有氫、氦兩種元素，而其他元素的形成基本上都是依靠核聚變的力量，這其中，金、鈾等重金屬的產生最為困難，也最被科學家所迷惑。

此次發現這兩個中子星碰撞合併的過程中產生了大量的重元素，比如金，珀，以及鈾之類，也終於找到了他們的發源地。

原來，我給媳婦買的金戒指竟然是來自於外太空，好雞凍。

第三件，我們與外星文明之間有了約炮神器。

在20世紀70年代，飛向太陽系之外的“先驅者”號和“旅行者”號探測器上，都搭載了金屬製成的人類名片，在名片上，人類以圖畫的形式表示出了太陽系、地球所在的位置、男人和女人的形象。而在1974年11月16日，在波多黎各落成的阿雷西博射電望遠鏡利用電磁波向武仙座球狀星團M13發出第一封“地球電報”，其中的內容共有1679個數學符號，包含著數學、化學、生物學、人類學和天文學等豐富的情報資料的圖案。

人類向廣袤宇宙投出的漂流瓶，無論是物理移動的形式，還是無線電的波長，在廣闊的時空維度下完全無所作為，即便等到人類滅亡，它們還未必能夠飄到半人馬座，更別說更遙遠有可能會有外星文明的星系了。

但是，如果我們掌握了引力波呢？

還記得小說《三體》中萬有引力號透過發射引力波遍佈宇宙釋出三體星人座標拯救了人類嗎？還記得電影《星際穿越》中，男主角也透過引力波穿越時間和空間給女兒傳遞重要的資訊嗎？

事實上，引力波作為時空扭曲所產生的曲率副產品，可以輕易穿透那些電磁波不能穿透的地方，甚至可以穿越時空，並且速度更快更穩定，這也就意味著它才是超遠距離通訊的最佳載體，一旦我們可以利用引力波來觀測宇宙，也很快就可以利用引力波來進行超遠距離的呼叫和嘶吼。

這下子大了！

霍金一直呼籲不要呼叫太空外星文明的美好願望，連最後的保險閥也被打開了。

誰能抑制住人類已經壓抑了自金字塔時代就開始渴望與外星球生物溝通和聯絡的數千年渴望呢？

等葉文潔們不用太陽反射也可以與外星人通訊的時候，我就想知道咱們辛辛苦苦買的房子還保得住嗎？不過定期約它們來地球吃個飯，約個會還是不錯的，科科。

但願不是作死！

施鬱

（復旦大學物理學系）

關於“引力波是什麼”，我前面已經回答過了，下面作點新的類比解釋。

時空像一個無處不在的材料，可以彎曲、振動，這個振動的傳播就是引力波。引力波經過的地方，任意兩點之間的距離都會產生波動式的改變。

比如一個氣球，在氣球表面畫兩個點，吹氣球時，兩點之間的距離就會變大。將氣球表面類比宇宙，氣球的膨脹就類似宇宙的膨脹。現在，如果在氣球表面某處擰一下、敲一下，氣球表面就會發生振動的傳播，也就是波，波可以傳到氣球表面上畫的兩點，引起它們之間距離的變化。這個波可以類比於宇宙中的引力波，雖然具體的振動模式不一樣。

關於引力波對我們的未來有什麼影響，筆者分為“不遠的未來”和“遙遠的未來”兩部分來討論。在不遠的未來，人類對引力波的研究會導致物理學、天文學大發展，而引力波探測技術將促進精密測量、量子技術、量子物理的進步。從遙遠的未來考慮，人類將可能更自如地以宇宙為環境，正如現在以地球為環境，因為在宇宙尺度上，引力是最重要的，所以會有現在想象不到的各種應用；在宏觀和宇觀尺度上，引力波是電磁波之外唯一的基本力場的波，所以或許引力波在遙遠未來的應用，類似於現在電磁波的應用改變了世界；到那個時候，為了各種目的而操控巨大的密度以發射引力波、用引力波通訊等，是可能的。

一般認為，兩個星球處於兩個相對位置時，它們之間存在引力。請問，當這兩個星球處於另一個旋渦平面上時，在兩個星球發生撞擊時，旋渦平面的平衡發生改變，產生一個新的旋渦平面波，它是什麼波?