作者：唐云江
聲波需要介質(zhì)，即要有連續(xù)物質(zhì)的分布，氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)都可以，它是物質(zhì)間電磁作用力的一種表現(xiàn)，其（縱波）形式就像多米諾骨牌，倒下一張，推倒前面的一張，如此連續(xù)下去，直到所有的骨牌全部倒下。不同的是，聲波物質(zhì)（粒子）“推跑”了自己前面的粒子后還要借勢回復(fù)到原狀，不用你重新碼牌。有趣的是，聲波傳遞的速度只與物質(zhì)的種類和集合在一起的方式有關(guān)，與聲大、聲小、聲高、聲低無關(guān)。沒有物質(zhì)連續(xù)分布聲音就終止了，我們聽到的聲音都限于地球范圍內(nèi)，宇宙空間聽不到聲音。
光波不同，它是一種變化的場，不需要實(shí)體物質(zhì)。哪里有電場的變化，哪里就有變化的磁場，磁場的變化又引發(fā)變化的電場，如此往復(fù)在空間中你追我趕，形成了電磁波。它的性質(zhì)只依賴于電和磁的作用關(guān)系，所以在真空中光的速度是恒定的。電（磁）場變化快一點(diǎn)（時間變化率大），光的頻率就高，變化慢一點(diǎn)，頻率就低。如高速運(yùn)動的電子碰到“墻上”（金屬靶），速度瞬間變?yōu)榱悖洚a(chǎn)生的磁場也幾乎瞬時變?yōu)榱悖@時電場瞬間變得很強(qiáng)，這就會放出高頻的光，如X射線。
波動是宇宙中傳遞能量和信息的載體，是我們了解外部世界、了解宇宙的窗口，仔細(xì)想想，好像只有聲和光這兩種主要方式。還有沒有第三種呢？可能會有。
在牛頓力學(xué)中有個萬有引力定律，只要有質(zhì)量就會有引力，而且這種力是超距作用的，無論兩個物體相距多遠(yuǎn)，都是瞬時指向?qū)Ψ健Ｓ钪嬷泄馑偈巧舷蓿f有引力憑什么搞特殊化？愛因斯坦眼光獨(dú)到，發(fā)現(xiàn)牛頓力學(xué)中的兩個質(zhì)量（引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量）原來可以是一回事，比如你在電梯里沒法知道電梯是在加速上升還是靜止在一個大質(zhì)量物體的表面。利用這個等效原理，愛因斯坦得到了廣義相對論的引力方程，這個方程中沒有了萬有引力，不存在超距作用，有的只是被質(zhì)量和能量變形的空間（時空），引力不過是扭曲的時空的一種效應(yīng)。重的物體扭曲了周圍的時空，輕的物體圍繞重的物體運(yùn)動，只不過是輕的物體在扭曲的時空中沿著最短路徑作“慣性”運(yùn)動。電荷被加速時會發(fā)出電磁輻射，有質(zhì)量的物體被加速時也會發(fā)出引力輻射，這是廣義相對論的一項(xiàng)重要預(yù)言。我們可以把它類比于機(jī)械波，如果某一點(diǎn)的時空結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種變化會影響它周圍的時空，這種影響以波動的形式向外傳播，并依次影響到整個空間，這實(shí)際上是一種時空結(jié)構(gòu)的波動，也就是所謂的“引力波”。
我們拿太陽系來做一個“實(shí)驗(yàn)”：假如太陽可以瞬間消失，八大行星會怎樣？在牛頓看來，太陽消失的瞬間，八大行星會同時察覺到太陽沒了，并同時沿著切線方向飛離出去；在愛因斯坦看來，太陽消失了，被太陽扭曲的時空會迅速變得平直，這種變化會向外傳播，依次經(jīng)過水星、金星、地球、火星……它們分別感受到一次“震動”，最先從水星*開始依次發(fā)現(xiàn)自己所在的時空變得平直，并依次沿著平直時空“飛離”出去。這是牛頓力學(xué)與愛因斯坦相對論最根本的不同，其他相對論的預(yù)言如水星進(jìn)動、光線彎曲、引力紅移等等用牛頓力學(xué)拼拼湊湊也能勉強(qiáng)解釋，引力波如果真的被檢測到，那必定是牛頓力學(xué)的滑鐵盧（死穴）。
引力波直接檢測是當(dāng)前物理學(xué)的一個重大課題，如果能合適地檢測到引力波，這將成為我們了解宇宙的第三只眼，因?yàn)橐Σㄏ衿渌牟ㄒ粯樱瑪y帶著能量和信息。電磁波無法使我們“看到”宇宙大爆炸之初（宇宙誕生38萬年之前）的景象，也無法看到暗物質(zhì)的狀況，引力波卻可以做到。
發(fā)表于《科學(xué)世界》雜志2011年第7期
*此處原為火星，有更正。
