过去的两天，是很多人被引力波刷屏的两天。科普之后呢？该科幻小说登场了！

 

几年前就写过引力波题材的科幻小说作家谢云宁，为读者盘点了这份关于引力波的科幻小说和科普读物书单。

 

原来，除了《三体》，大刘早在《朝闻道》中就写过引力波；原来，《宇宙之海的涟漪》用那么轻松的笔触讲了那么多关于引力波的有趣故事。

 

引力波已经带领2016年的人类走得足够远了，我们来看看，科幻小说和科幻小说家的想象力能不能带我们走更远。

 

引力波的发现无疑是一项划时代的成就，在笔者看来，这或许是近五六十年来最为激动人心的一项天文学成就，上一次能够与之相提并论的发现可能还要追溯到1964年彭齐亚斯和R.W.威尔逊利用高灵敏度天线接收到宇宙背景辐射。与此同时，引力波的发现还只是一幕精彩大戏刚刚掀起的小小序章，利用引力波作为探测手段能让黑洞这样神秘的“宇宙怪兽”真正浮出水面，过去一直被诟病“黑洞只是理论无法证实而无缘诺奖”的霍金、罗杰·彭罗斯等人，也将看到一丝得奖的曙光。甚至还有可能，有一天人类兴许能捕捉到来自于另外一个宇宙大质量扰动的引力波讯息，从而佐证马克斯·特格马克这样的平行宇宙理论研究者。

 

这在很多人眼中，这或许已经进入了天马行空的科幻领域。没错，在科幻小说与影视作品中引力波的出场率可谓颇高，不过这个“老面孔”大多不是主演，演出套路也比较单一。作为“死光”一般的超级武器，能够轻易穿透时空维度的引力波通讯方式，真正让人眼前一亮的原创性想法并不多见。今天借着引力波的全民热潮，我也趁热梳理一下自己读过的有着特别创意的引力波科幻小说以及有趣的引力波科普著作。

 

 

刘慈欣与他的《三体》系列对中国科幻的意义无需多言（他的《三体》也引入了引力波作为通讯工具的概念），而他的短篇中也充满了耀眼的瑰宝，这本《带上她的眼睛》收录了刘慈欣最早的17篇佳作，其中最具刘氏风格的作品首推《朝闻道》，文章将所有研究理论物理的科学家推到了一个异常极端的“真理祭坛”上，他们为了推导宇宙大统一模型的粒子对撞试验将引发灭绝宇宙的真空衰变，“朝闻道，夕死可矣？”又有多少人愿意用燃烧生命的方式去获得真理的参悟。

 

该文行文充满激情，饱含着对于宇宙终极答案、人生意义的热切追问，同样让人震撼的还有其中一个与引力波有关的情节。在大爆炸以前的上一轮宇宙中，一个高等文明为了得到了宇宙大统一模型，不惜以毁灭宇宙的方式进行了一次高能粒子对撞试验，这个濒死的种族在最后的万分之一秒将推导出的宇宙大统一方程式写进了引力波中，引力波作为唯一能在真空衰变后存留下来的信息载体，进入到了大爆炸后的下一轮宇宙，终有一天，新的宇宙中成长起来的一个文明破译了宇宙中的引力波讯号，从而获得了大统一方程式。

 

这样的创意不禁让人拍案叫绝，刘慈欣的想象力是何等的恢弘，或许有一天我们也能破译了幽灵般飘荡在宇宙中的原初引力波，兴许也将从其中获得上一轮宇宙的些许隐秘的信息。

 

 

《抽屉里的青春》选编了我国著名科幻作家吴岩早期的中短篇科幻小说，作品内容丰富、构思奇特、文笔精妙，其中《引力的深渊》原载于1981年2期的《智慧树》，在三十五年前非常前瞻性地将主题瞄准了引力波。文章描写了中国邑东山区神秘地出现了一个类似于黑洞的超级引力源，造成过往的飞机频繁坠机，在经过追查后发现原来是科学狂人伊立鑫研制出的引力波武器，最后在一番激烈争斗后，狂人玩火自焚，一命呜呼。该文在题材超前的同时又充满了那一个时代科幻小说特有的科普风格以及积极乐观的精神。

 

 

《信使》是青年科幻作家肖也垚的一篇科幻新作，原载于《科幻世界》2014年1期，纽约一家名不见经传的小型科幻杂志总是收到一位神秘怪客的大量投稿，小说质量颇高，故事曲折离奇，而蹊跷的是投稿邮件的时间显示为未来而地址完全查无此人，充满好奇心的小编一步步寻找这位横空出世的科幻大师的面目，当最后谜底揭晓，原来这位大师生活在另一个平行宇宙，将他创作的小说通过引力波向我们宇宙发送，并被LIGO探测器捕捉，引力波探测人员恶作剧般将其投稿。文章文字优美，悬念丛生，非常值得一读。

 

 

《星际穿越》，注意了，这本书并不是同名电影的原著小说，而是由电影的科学顾问、大名鼎鼎的天体物理学家基普·索恩执笔完成的科普读物，向读者提供电影的相关背景天文知识，其中有一大段讲述了引力波，例如如何通过引力波寻找虫洞。事实上，索恩作为LIGO项目的创始人之人，在最初的剧本中是与导演诺兰一同加入了引力波内容，但后被诺兰以剧情太过复杂的理由删掉，实在殊为可惜。

 

 

另外，笔者的《宇宙涟漪中的魔法师》是短篇合集，所选篇目对黑洞、引力波、暗物质、暗能量等宇宙前沿题材进行一系列大胆而天真的猜想。其中《宇宙涟漪中的星球》是以引力波为主题，文中男女主人公在2006年的国际弦论大会上结缘，在随后的十五年中，看似飘渺的引力波将俩人的命运脆弱而又微妙地联系在了一起。直到有一天，一团与地球一样质量大小的神秘暗物质物质抵达了太阳系内层，与地球组成了双星系统，彼此引力相互拉拽，从而产生出人类能够接受到的引力波。从而开启了人类与异文明一段动人心魄的对话。今天再重读此文，很是感慨地发现，尽管与小说一样，第一束引力波被探测的地点是路易斯安那州利文斯顿，但时间足足提前了七年，同时我们宇宙引力波的强度也比小说中描述得要stronger得多，并不需要发生在地球附近的天文事件，于是乎，这篇小说也变成了过时的“不靠谱”小说，不过这或许也是科幻文学独有的魅力之一吧。

 

最后介绍两本专门的引力波科普读物。

 

 

《宇宙之海的涟漪：引力波探测》是“三思文库”的一本，由澳大利亚的大卫·布莱尔与杰夫·麦克纳玛拉合著。大卫·布莱尔是从事引力波研究的一线专家，因此该书在对引力波的原理解释得非常深入浅出的同时，还用轻松的笔触讲述了引力波探索的各种逸闻趣事，例如他们这群引力波探索者被天文学同行讥诮为“一群抢夺天文经费的物理学家”，又例如，有一次捕捉到的引力波信号只是掠过探测站的一架飞机。如今读来，依然妙趣横生。

 

 

《爱因斯坦尚未完成的交响乐》，这是湖南科技出版社“第一推动”丛书的一本。作者玛西亚·芭楚莎是美国一位颇负声望的物理学传记作家，因此深谙科学传记的创作。该书的特点就是将整个引力波探测的前后来龙去脉介绍得非常详尽，让读者了解一代又一代卓越的引力波学者是如何执着于升级引力波探测器原理，以接力方式不断地提高探测器灵敏度。其中最让人动容的是引力波先驱约瑟夫·韦伯的故事，他就像是一位唐·吉珂德式的孤独英雄，面对10的多次幂毫无畏惧，他早在1969年就宣称自己利用重达几顿的铝棒探测到了黑洞的引力波，然而，事后同行们发现他的统计结果有着致命缺陷。如今这一席爱因斯坦未完成的交响乐已然完美终了，回顾这100年的风雨探索路，如韦伯这样勇敢的先驱并不是失败者，正是他们锲而不舍的努力，才有了强大的LIGO（激光干涉引力波天文台），才有了如今的梦想变成现实。因此，今天的引力波庆功美酒也应该有他们的一份。

 

链接一：相关图书

 

 

《传播，以思想的速度——爱因斯坦与引力波》

 

丹尼尔·肯尼菲克　著

 

黄艳华　译

 

上海科技教育出版社出版

 

自爱因斯坦近一个世纪前第一次描述引力波以来，引力波问题遭遇了可能是物理学史上最持久的争议。到目前为止，尚未探测到这些由爱因斯坦的广义相对论首先预言的时空波动，只是在21世纪初的今天，我们才终于有可能观测它们。

 

爱因斯坦的理论发表后，理论论战和棘手的辩论一直伴随着引力波这一课题，肯尼菲克这部划时代的著作将带领读者了解这段历史。那些鲜为人知的关于我们如何获得引力波定论的故事，涉及一系列20世纪物理学的一流人物，包括费恩曼、邦迪、惠勒、索恩和爱因斯坦本人，爱因斯坦曾两次宣称引力波不存在。但又两次改变了自己的想法。

 

《传播以思想的速度(爱因斯坦与引力波)》(作者丹尼尔·肯尼菲克)的书名来自爱丁顿在1922年作出的一个著名的怀疑论的评论——“引力波以思想的速度传播”。肯尼菲克以这个书名，来隐喻每一个物理学家设法解决引力波问题时所表现出来的个人的卓越才华，同这个领域那令人沮丧的整体进步迟缓所形成的鲜明对照。

 

《传播以思想的速度(爱因斯坦与引力波)》以新的眼光看待与引力波故事有关的种种麻烦与冲突，通过直接确证引力波的存在而第一次为其画上了一个圆满的句号。

 

链接二：精彩书摘

 

引力波是如何从理论中发现的？

 

《宇宙之书》（节选）

 

爱因斯坦和罗森的波光潋滟宇宙

 

……空间的一小部分实际上可以类比于一个大体看来平坦的表面上的突起，也就是说，通常的几何规律在这里失效了。这种弯曲或扭曲的性质以波的形式从空间的一部分传播到另一个部分，绵延不绝。

 

——威廉·金登·克利福德[1]

 

1932年，爱因斯坦离开了欧洲，去了新泽西州新建成的普林斯顿高等研究院。路上他在牛津大学做了短暂的停留，并在基督教堂学院做了个研究报告。远离了危机重重的中欧，他重新开始考虑求解他的方程组。1935年，他得到了一个年轻的研究助理纳森·罗森（Nathan Rosen，1909～1995）的帮助，帮他进行数学计算。在随后的两年里，罗森和爱因斯坦合作撰写了许多理论物理学领域中的著名论文。[2]1936年，爱因斯坦和罗森发现了爱因斯坦方程组的一类新的解。它描述了一个膨胀的圆柱状宇宙，因此所有的事情在随时间变化的同时，也沿着空间中的某一个方向变化。这种形状简化了纷繁复杂的爱因斯坦方程组，使人们得以找到一个精确解。这种宇宙有一个令人惊诧的新特点，这是以前从爱因斯坦方程组找到的其他宇宙模型中从来没有过的。这种宇宙的空间中传播着一种波，所到之处的空间几何纷纷掀起涟漪。这有点像给卡斯纳的宇宙（在不同方向上以不同的速率膨胀）增添了一些波，它们从对称轴向外传播，就像一筒厨房卷纸松开的时候向外一层层地脱去。

 

对爱因斯坦和他同时期的人来说，这种宇宙的最有趣之处是存在“引力波”。爱因斯坦–罗森宇宙不包含物质，因此任何波动都会掀起空间几何的涟漪，随时间传播开去（图4.7）。这种引力波的想法曾经风行了一段时间，也引起了一些争议。有些人相信这只不过是在“纸上谈波”，它们并不对应空间中任何真实存在的起伏，只不过是爱因斯坦方程组在特殊的坐标系下产生的结果。有些人则认为这是真实存在的波，如果一束波朝你袭来，它会对你产生影响（沿着一个方向拉伸你，并沿着垂直的方向挤压你，就像潮汐力）。

 

 

图4.7 爱因斯坦–罗森宇宙包含了圆柱形的引力波，引力波从膨胀宇宙的一条线中发出，向外传播

 

很快，爱因斯坦和罗森就意识到，这个解是一个绝佳的理论检验对象，要想平息这场争论并不需要借助任何不确定的近似，也不需要数值计算。值得注意的是，他们首先得到的结论是，这种柱状波并非“真实存在”，它只不过是他们选择的坐标系的人造产物。他们说，这就像是一个地理学家的地球仪，所有的经线都在两个极点处相交。对于不懂的人来说，这可能说明地球上的那个地方大事不妙，事物都汇聚在了一起，但事实上什么事都没发生。在地图的极点处，你总是可以换成别的坐标系，事物就变平常了。想象一下，你把经线表示成歪歪扭扭的线。于是，对于不懂的人来说，这些线意味着地球上有一些东西在不断波动——肯定又是你错了。然而，要小心了，如果你看的是一幅等高线图，你会发现许多复杂的波浪线看起来非常类似。在这种情况下，如果你断定这些线并不对应地球上任何“真实存在”的东西的话，你就错了。爱因斯坦和罗森当时面临的问题是，他们应该把这些曲率波归为像等高线一样的“真实存在”，还是像歪歪扭扭的经线一样纯属人造产物？

 

1936年夏初，他们向美国的顶级物理学期刊《物理评论》寄出了自己的论文。文中声称，他们的新宇宙学模型中的引力波并非真实存在。6月1号，他们的文章被签收了，之后就像其他的投稿一样，被编辑寄给了另一个科学家进行评估。7月23号，论文的审稿意见回来了，并寄给了爱因斯坦，按照惯例其中没有透露审稿人的姓名。现在我们知道给编辑提供审稿意见的不是别人，正是霍华德·罗伯特逊（Howard Robertson，1903～1961），一位对广义相对论技术细节了如指掌的美国科学家。他不相信文章的结论，并一针见血地指出了作者在文中得出错误结论的地方。他明确地认为，这个宇宙模型中的引力波是真实存在的，并要求作者考虑他的这个意见。在说到爱因斯坦的回应之前，请注意爱因斯坦以前所有的工作都发表在欧洲期刊上，当时欧洲并没有像这样对论文进行同行评议的传统。欧洲期刊要么看作者的名气大不大，要么看有没有功成名就的科学家做介绍人，要么编辑亲自审稿。拒绝一个功成名就的作者投稿相当不礼貌，这种事极少发生。结果，由于不理解美国的审稿机制，爱因斯坦在听说编辑把他的文章寄给了另一个科学家的事以后很沮丧。他给《物理评论》的编辑约翰·塔特（John Tate）回信说：

 

我们（罗森先生和我）已经向您寄去了我们的稿件，用于发表，并没有授权您在付印之前可以给别的专家审阅。我认为没有必要回应您那位匿名专家的意见（本来就是错误的）。鉴于此，我宁愿选择在别的地方发表这篇文章。[3]

 

很快，爱因斯坦将这篇文章投到了《富兰克林研究所杂志》（Journal of the Franklin Institute），以前他在那儿发表过一篇论文。

 

过了几个月，爱因斯坦仍然相信自己的新宇宙模型不包含真实的引力波。后来，一切都改变了，因为爱因斯坦与罗伯特逊交上了朋友——就是在《物理评论》匿名给爱因斯坦审稿，并对文章结论提出质疑的那个罗伯特逊。罗伯特逊说服了爱因斯坦，相比他和罗森得到的结果，有一种解的形式更清楚，毫无疑问，其中存在的柱状引力波是真实的。那个时候，爱因斯坦和罗森的论文已经被《富兰克林研究所杂志》接收了，不过爱因斯坦在收到校样稿时，得以有机会在结论中做一个保全面子的改动，增加了一段备注，感谢“我的同事罗伯特逊教授在澄清原文中的错误时给予的亲切帮助”。[4]

 

他们刚投了稿，纳森·罗森就已经前往苏联的基辅大学工作了，于是他是在报纸上读到爱因斯坦发表了新论文这个有新闻价值的事件时，才听说了后面发生的事。罗森并没有被爱因斯坦和罗伯特逊的观点说服，不相信引力波的真实性，随后就独自发表了一篇文章，仍然坚持以前那个错误结论。罗森一直和他们争论，直到20世纪70年代，那时几乎所有的物理学家都早已经相信引力波的真实性了。1957年，爱因斯坦去世两年后，在北卡罗来纳大学教堂山分校的会议上，理查德·费曼（Richard Feynman，1918～1988）提出的一个简单观点成了对罗森的关键反驳。费曼证明，如果引力波垂直经过一根粗糙的棍子，附着在棍子表面的水珠（由于存在摩擦力，它们被称作“粘性水珠”）会前后移动。水珠在棍子的粗糙表面移动会导致摩擦生热，就像你取暖时摩擦自己的双手一样。温度升高说明引力波就是热源，因而必然携带能量。所以，引力波并不只是纸上谈兵。

 

费曼的“粘性水珠”之说化解了所有对引力波真实性的质疑。引力波就像潮汐力。如果一束引力波垂直穿过这一页书，就会沿着一个方向拉伸它，而沿着垂直的方向挤压它：正方形会变成长方形，而圆形会变成椭圆形。

 

关于这个故事还有件有趣的轶事。费曼好像看不上教堂山会议的议程，注册时使用了假名，于是“粘性水珠”之说是匿名发表的。在他的回忆录《别闹了，费曼先生》之中，他讲述了寻找会议地点的经过[*]：

 

1957年间，我去北卡罗莱纳大学参加一个讨论引力的研讨会。我本来要以物理学其他领域的专家身份来讨论引力理论。（由于我无法参加第一天的会议）当我的航班在机场降落时，已经是会议的第二天了。我走到叫出租车的地方，跟那人说：“我要到北卡大学。”

 

“你说的是哪一所，”他说，“在罗利的北卡州立大学呢，还是在教堂山的北卡大学？”

 

不用说，我完全搞不清楚。“它们在哪里？”我问，心想两个地方应该挨得比较近。

 

“一家在北方，另一家朝南走，路程都差不多远。”

 

我身上没带任何资料能让我弄清楚究竟是哪个地方，而旁边也没有像我那样晚了一天才来开会的人。

 

我灵机一动。“听着，”我跟出租车站的人说，“会议是昨天开始的，所以昨天一定有很多人路过这里去参加研讨会。让我形容一下这些人，看你有没有印象：他们多半有点迷迷糊糊的，边走边谈，不大理会自己究竟往哪个方向走，谈话内容都是‘姬—谬—拗，姬—谬—拗’的。”

 

他整张脸都亮起来了，说：“你要去的是教堂山！”他挥手招来出租车，“带这位先生去北卡教堂山分校。”

 

“谢谢！”我说，然后顺利地抵达了会议地点。[5]

 

[*]此处主要是在吴程远的《别闹了，费曼先生》译本上进行少量修改。——译者注

 

[1] W. K. Clifford (1876), ‘On the Space Theory of Matter,’ in The World of Mathematics, Simon and Schuster, New York (1956), p. 568.

 

[2]罗森是著名的EPR佯谬中的R，那篇论文署名是爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基（Boris Podolsky）和罗森，1935年发表在Physical Review 47, 777.

 

[3] D. Kennefick, ‘Who’s Afraid o f the Referee? Einstein and Gravitational Waves’, http://dafix.uark.edu/~danielk/Physics/Referee.pdf, and Physics Today 58 (9), 43-48 (2005).

 

[4] A. Einstein and N. Rosen, J. Franklin Inst. 223, 43–54 (1937). 后来，人们发现早在1925年，数学家汉斯·布林克曼就已经发现这种形式的解了：H. W. Brinkmann, Math. Ann. 18, 119 (1925). 今天，人们称之为pp波（pp wave）。

 

[5]R. Feynman, Surely You’re Joking, Mr Feynman!, Norton, New York (1985). 在爱因斯坦方程组中，爱因斯坦张量写作，时空度规张量写作，发音都是“姬—谬—拗”，人们只要一讨论广义相对论，肯定把“姬—谬—拗”挂在嘴边。

 

来源：澎湃新闻等