引力子啊,你在何方?
发现万有引力定律,是英国物理学家牛顿对世界的最大贡献,因为他统一了天上和地下的力。根据万有引力定律,科学家成功地解释了行星的运动、月球的运动、潮汐的形成原因等等。最伟大的成就是1846年发现了海王星,那每隔76年和地球擦肩过的哈雷彗星也是被太阳的万有引力牵制得团团转的。直到今天,人类登上月球,卫星飞向蓝天,宇宙航行变成现实,哪一项离得开万有引力定律?但是,随着人类认识范围的扩大和深入,万有引力定律终于捉襟见肘,露出了破绽。
突破万有引力定律的勇士是谁呢?是伟大的爱因斯坦,他从小在思考一些异想天开的问题,譬如,如果一架电梯自由下落,那么电梯中的事物会发生什么现象呢?爱因斯坦决心重新审查万有引力理论,他在«自述»这篇文章中,写下了这样—句话;“牛顿啊,请原谅我……”接着,他迈出了革命性的一步,1913年他提出了万有引力场论,1916年又完成了广义相对论。广义相对论其实就是对牛顿的引力理论的扩充和修正,是一种新的引力理论。而引力子就是爱因斯坦的新引力理论中的主角。
为了说明引力场,还是首先来看看电磁场吧。你对电磁场也许比较熟悉吧1864年,英国物理学家麦克斯韦建立了电磁场理论,他认为带电物体周围存在着电场,而磁性物体周围存在着磁场,电场和磁场可以互相转化,形成不可分离的电磁场,电磁场在传播过程中会形成电磁波,而电磁力是通过光子这一粘合剂,使物体产生相互作用的。麦克斯韦的理论预言了电磁波的存在。1887年,德国物理学家赫兹果然在实验中发现了电磁波。
同麦克斯韦的电磁理论相仿,爱因斯坦的新引力理论认为,任何物体周围都存在着引力场,而存在引力场的空间是弯曲的空间,更确切地说,是弯曲的时空,因为在他的理论中,时间、空间和物质就像三条编在一起的辫子一样,你中有我,我中有他,相互不可分离。爱因斯坦的新引力理论得到了许多实验现象的支持,譬如水星近日点的进动现象、恒星的光线在太阳引力场中的弯曲现象、河外星系光谱的红移现象。那么,引力场是怎样传播的呢,爱因斯坦从麦克斯韦那里得到启发,预言了引力波的存在,因为既然电磁场是通过电磁波传播的,那么引力场看来也是通过引力波传播的;另外,电磁力是通过光子使物体相互作用的,那么引力则是通过引力子使物体相互吸引的。爱因斯坦的引力波理论,究竟能不能成立?引力子究竟是否存在?物理学界掀起了一场轩然大波,相信、怀疑、责难、唾弃,真是唇枪舌剑,难分难解。看来,人们只有找到了引力子,才能检验爱因斯坦的预言是不是正确。引力子简直成了新引力理论的试金石了。
那么,怎样才能找到引力子呢?爱因斯坦在1916年就提出了一个旋转棒的方案:用一根二十米长、五百吨重的钢棒,以非常快的速度绕棒的中心旋转,就能产生引力子来。不过,要使这样的庞然大物飞速旋转,实在太困难了,即使旋转了,从目前的技术水平来讲,人们还是找不到引力子的,因为用这种方法产生的引力子是非常微弱的。
科学家们为了寻找引力子,兵分两路,一路人马抓紧研究新的探测方法和提高探测仪器的灵敏度;另一路人马开始寻找能产生引力子的大源泉。真是功夫不负有心人,第二路人马在科学家泰勒的带领下旗开得胜,从1974年到1978年底,他们在波多黎各用巨型望远镜,对15 000光年远的射电脉冲双星进行观测,通过1 000次观测,间接地证实了引力子的存在。第一路人马在第二路人马的鼓舞下,士气大振,目前已扩大到20多支实验大军,他们运用高灵敏度的激光干涉仪作武器,要是引力子光临的话,他们一下子就能认出来。
一旦人们找到了引力子,那么,物理学和天文学将发生翻天覆地的变化,在技术方面也将开辟史无前例的领域。譬如将引力子应用在通讯方面,那么,引力电视、引力望远镜、引力电话将给人们带来意想不到的美好前景,而且还为同外星人进行宇宙通讯开辟了一条途径。难怪物理学家每时每刻都在对着宇宙大声询问:引力子啊,引力子,你在何方?