“防引力波辐射服”，真的有卵用？张双南讲给你听

作者：张双南

编辑：婉珺

2017年10月3日，我提前结束了远在河南家乡的“十一”长假回到北京，准时赶到了果壳网的2017年诺贝尔奖点评直播间，和主持人吴欧、清华大学的王青教授、北京师范大学的张帆副教授聊2017年的诺贝尔物理学奖。

在等待开奖之前的尬聊中，主持人要我预测今年的物理学奖，我毫不犹豫地说：当然是发现引力波，否则就没有天理了！

果然，最终诺奖委员会宣布的结果和我以及物理学界大部分学者的预言完全一样：2017年的诺贝尔物理学奖授予了三位美国物理学家，表彰他们对于研制激光干涉引力波天文台以及利用该天文台发现了引力波做出了决定性的贡献。

我错了，黑洞的确经常火并

2016年2月12号，也就是LIGO团队宣布发现了引力波的第二天，我发了一篇文章，题目是《一瓶茅台作赌注：下一个引力波事件要等到猴年马月吗？》。这篇文章的起因，是我在一篇文章里面写了这样一句话：“不过，下一个引力波事件恐怕真的得等猴年马月了。”

写这句话是因为我认为宇宙中黑洞火并产生引力波的事件应该极为稀少，LIGO探测到了一个纯属运气，后面再探测到恐怕就得等到升级灵敏度提高以后了。但是我的同行好朋友王力帆教授看到后表示不同意，他认为探测到了一个，后面就应该噼里啪啦的接着探测到一批。

所以我俩就打了一个赌，如果LIGO升级之前还能探测到引力波，就算我输了，否则他输。赌注是一瓶茅台，国家天文台副台长薛随建研究员是证人。

当然结果大家都知道了，LIGO在升级之前又探测到了三个引力波事件，所以我输了，黑洞的确经常火并！

我当时为什么写了那句王力帆教授不同意的话呢？这和当时大家讨论的一件事有关：LIGO探测到引力波什么时候能够拿到诺奖？我在那篇文章里面是这么写的：

我不认为这个实验能够很快地发现更多的其它类型的引力波事件，原因在于他们看到的黑洞并合事件应该是非常稀有的，但是恰好这类事件的引力波信号比较强，所以他们看到了；其它类型的引力波事件肯定多得多，但是信号弱，现有的仪器很可能看不到。

即使由于我们不理解的原因，黑洞并合事件很多，但是天文界的一个传统就是：需要找到其它的信号独立验证，比如电磁波信号。

有趣的是，尽管我输了一瓶茅台酒，但是我上面说的他们拿诺奖的条件倒是全部达到了，他们探测到了4次黑洞火并产生的引力波，而且这四次的黑洞以及产生的引力波都不一样。更加有趣的是，天文学家竟然也观测到了两个中子星火并产生引力波的时候产生电磁波辐射信号，据说这个结果将在2017年10月中旬正式发布。这就是为什么我很确信今年的诺奖必然会授予引力波的发现！

引力波有什么用？

防引力波辐射？

我作关于引力波的科普报告或者公众演讲的时候，或者我被记者采访有关引力波的事情的时候，每一次，绝对是每一次，我都会被问到这个问题：

引力波有什么用？

取决于我当时的心情或者是谁问我，我会在下面这几个答案中选一个回答：

另外一件令人哭笑不得的事情是，在引力波刷屏之后，网上出现了众多的引力波产品，大部分都是用于防引力波辐射的，因为大家只要看到“辐射”这两个字就会吓尿——既然引力波已经到达地球了，当然要想办法防引力波辐射！而专门为孕妇做的防引力波辐射服似乎最畅销。信不信由你，还真有朋友咨询我哪一家的孕妇防引力波辐射服效果最好。我的回答是：如果孕妇能够感受到引力波的伤害，也就不需要上千个科学家花几十年的时间而且花了美国科学基金会历史上最大的一笔经费做引力波的探测了，只需要让孕妇告诉我们被引力波击中是什么感觉就行了！

引力波无法屏蔽，也无法防，因为引力波能够穿透宇宙、穿透地球；当然引力波也不需要防，因为引力波对我们的影响远远没有我们自己呼吸对自己的影响大，好的影响、坏的影响都算上。

引力波探测的未来和中国的计划

地面探测引力波的装置除了LIGO之外，在意大利和德国也有类似的装置，而意大利的那个装置也探测到了一次引力波。澳大利亚、印度和日本也都在计划或者研制类似的引力波探测器。这些激光干涉仪一起构成的网络可以用来精确的定位引力波源。

下一代的激光干涉仪计划，如爱因斯坦望远镜将建造在地下，由三个10千米长的臂构成等边三角形，每个角上放两个探测器，可以用来探测引力波的偏振，获得更多的信息。我国相关大学及研究所也在计划建造地下激光干涉引力波探测器。

由于受到地球引力梯度的限制，在地面上不可能观测频率低于1 赫兹的引力波。如果要探测更低频率的引力波，就需要在空间进行探测。计划中的空间探测引力波计划有欧空局的激光干涉空间天线计划（LISA），日本的分赫兹干涉引力波天文台、中国科学院的太极计划，以及中山大学的天琴计划等。

此外，脉冲星测时阵可以通过观测引力波对电磁波在空间传播过程中的影响来探测引力波，这种方法可以测量到频率更低的引力波。国际上的脉冲星测时阵有欧洲脉冲星测时阵、北美纳赫兹引力波天文台、Parkes 脉冲星测时阵等国际脉冲测时阵。中国科学院的110米口径全可动射电望远镜和500米口径球面射电望远镜（FAST）天眼望远镜，也可以通过脉冲星测时阵方法测量引力波。

宇宙极早期暴涨时期的量子涨落会产生原初引力波，2014年声称发现了宇宙大爆炸产生的引力波的那个乌龙就属于这种探测。国际上目前有多个地面望远镜在开展这种探测实验，也有空间实验计划。到目前为此，还没有发现原初引力波。我所在的中国科学院高能物理研究所，正在中国的西藏阿里天文台建造类似的宇宙微波背景辐射望远镜，称为阿里计划。

引力波探测正在成为一个非常活跃和竞争激烈的领域。短期之内，引力波将成为科学家进一步探索宇宙和发展科学理论的有力工具。利用进一步的更加高精度的引力波观测，科学家有望回答黑洞到底是什么？是数学家和理论物理学家们预言的奇点“数学黑洞”，还是我和我的学生刘元所预言的中心没有奇点的“天文黑洞”，还是为了保证量子信息守恒而推测的“火墙黑洞”，还是最近炒得很热的“软毛黑洞”？广义相对论理论是最好的引力理论吗？能否测量到“引力子”？能否提供检验有些量子引力理论模型所需要的观测数据？除了促进黑洞和广义相对论的研究，探测到黑洞和中子星或者两个中子星的并合，将能够促进我们对于中子星的内部结构的理解，也许能够回答所谓的“中子星”内部到底主要是由中子还是夸克组成的这个中子星研究的终极问题。

2017年的诺贝尔物理学奖对百年现代物理学做了一个了断，同时开启了科学史上一个激动人心的新时代。很幸运，我们目睹了这个伟大的事件！

本文节选自张双南小讲《极简天文课：引力波与现代物理学的新时代》。

10月3日，引力波“拿下”了今年的诺贝尔物理学奖，成为了最快获得诺奖的研究之一。关于引力波，你是不是也充满着好奇？

• 引力波这个科学发现到底是什么？

• 它和现代物理学的发展有什么关系？

• 它和爱因斯坦是什么关系？

• 爱因斯坦做对了什么，又做错了什么？

• 引力波探测历史上曾经有过什么样的乌龙，又有哪些艰辛和悲情？

• 去年曾经热闹了一阵子的那个“诺贝尔哥”郭英森先生是引力波专家吗？

来分答小讲，听张双南教授讲述引力波的传奇吧！

张双南

张双南，中国科学院粒子天体物理重点实验室主任、高能物理研究所研究员，中国科学院大学教授，国家天文台空间科学研究部兼职首席科学家，国防科技大学兼职教授。清华大学学士，英国南安普敦大学博士，美国宾夕法尼亚大学博士后。

他入选了国家基金委杰青、教育部长江特聘教授、国家“千人计划”。他获得赵九章优秀中青年科学奖、意大利Ferrara大学“哥白尼科学家奖”。他担任天宫二号空间实验室伽玛暴偏振实验和硬X射线调制望远镜天文卫星首席科学家。发表SCI论文200多篇，被引用6000多次。

他还是著名科学传播人物，是诸多科学类电视节目以及论坛演讲嘉宾，他是果壳科学人的专栏作者，并获得2017年首届“最受媒体欢迎科学家”称号。

张双南老师在讲解天文学时语言通俗、充满人文情怀，深受大家欢迎，分答上有将近4万人收听张双南老师，超过很多主持人和娱乐明星。他的《极简天文课》系列小讲推出以来，已经吸引了超过5200名用户付费购买，广受好评。

• 理论：广义相对论和引力波的建立假设；

• 历史：关于引力波的百年预言与探索；

• 失误：爱因斯坦犯的两个错误；

• 悲情：引力波探测史上的乌龙与遗憾；

• 趣闻：一瓶茅台作注的物理学赌局；

• 突破：6次诺贝尔奖成果背后的科学脉络；

• 未来：探测研究的未来与中国的计划；

• 传奇：百年物理学的了断与科学新时代。