科學(xué)家發(fā)現(xiàn)引力波的新聞刷屏了。先感嘆幾句：科學(xué)之瑰麗壯觀，它所有的迷人之處，是簡(jiǎn)潔、優(yōu)美、可以理解。這種超越人類經(jīng)驗(yàn)的存在，超越感官可觸及的東西，卻能被人類認(rèn)知。

探尋真理讓人沉醉...For the greatest mind !

情懷抒發(fā)完了，接下來問題，引力波是啥，這一發(fā)現(xiàn)為何如此轟動(dòng)？

看到圍觀群眾紛紛不明覺厲，筆者朋友圈很多受過高等教育、擁有一流學(xué)歷的人也在問同一個(gè)問題，不免感嘆我們教育真的存在很大的問題。被習(xí)題和試卷禁錮的大腦，難以真正深入理解一個(gè)東西，沒有熱愛，創(chuàng)新又如何能萌芽？背誦課文不會(huì)萌生發(fā)現(xiàn)的喜悅，更不談獨(dú)立思考認(rèn)知世界的快感。我們“權(quán)威”的教科書，我們以前“高高在上”的老師和教授，需要自省，甚至回爐。

第一個(gè)問題，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，光速不變，必然要求空間會(huì)“變”。

先普及一個(gè)常識(shí)，我們看見的太陽散發(fā)出來的刺眼的光，跟我們看不見的收音機(jī)、手機(jī)、衛(wèi)星發(fā)射和接受的電磁波，其實(shí)是同一個(gè)東西?！翱梢姷墓狻笔穷l率在某個(gè)范圍的電磁波。

近代研究電磁現(xiàn)象有一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，電磁波的傳播速度是恒定的，也就是光速是一個(gè)固定的數(shù)值。無論是在火箭尾焰上出現(xiàn)的光，還是在一架列車上向外打手電筒，“光”這種東西居然不會(huì)因?yàn)樘幵谶\(yùn)動(dòng)狀態(tài)下提高速度。

就是這么一個(gè)問題，別人都“習(xí)以為?！?，卻在愛因斯坦頭腦中縈繞了多年。最后，他提出了一個(gè)大膽的假設(shè)，光速不變，是因?yàn)橐怨獾囊暯强?，它沿途?jīng)過的空間發(fā)生了折疊伸縮。

這是什么意思？當(dāng)某個(gè)人要加速的時(shí)候，道路突然變長(zhǎng)了，然后它到達(dá)某個(gè)地點(diǎn)的時(shí)間還是固定的。

第二個(gè)問題，引力是什么？

很多人對(duì)引力的課本記憶還停留在“重力”，重復(fù)了一千遍的“一顆蘋果砸到牛頓腦袋上”的故事。

普通人對(duì)引力的理解，應(yīng)該是“兩個(gè)物體天生就有互相吸引靠近的力，叫做引力”。這要極需被糾正的常識(shí)，引力并不是一種的“力”，它是一種屬性，我們生存的宇宙空間（嚴(yán)格來說是時(shí)空，時(shí)間空間互相影響，不可分割）的一種幾何特性。

一開始，我們認(rèn)為空間是獨(dú)立于任何東西存在的。就像一個(gè)空曠的舞臺(tái)，沒人的時(shí)候存在，有人的時(shí)候也存在，臺(tái)上會(huì)有各種表演，或者堆滿了各式“道具”，而無論上面發(fā)生了什么，都是表演者和道具的事，舞臺(tái)不受影響；

理所當(dāng)然，單純依靠人類經(jīng)驗(yàn)會(huì)認(rèn)為，空間是我們棲身的地方，無論在地球還是在宇宙，“舞臺(tái)”本身是永恒的獨(dú)立存在。后來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“舞臺(tái)”并不是不受任何影響，“舞臺(tái)”會(huì)因有質(zhì)量物體的存在而“彎曲”。

空間會(huì)彎曲，而不是平整的？空間可以被“掰彎”，證據(jù)呢？

• 實(shí)驗(yàn)證據(jù)，日食觀測(cè)

常識(shí)認(rèn)為光線是沿直線傳播的。光線發(fā)生“彎曲”，并不是光本身發(fā)生了彎曲，而是空間發(fā)生了彎曲，即光走的路是“彎”的。牛頓力學(xué)認(rèn)為月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)是因?yàn)樵虑蚴艿降厍蛞Φ奈?，但廣義相對(duì)論則認(rèn)為是地球的質(zhì)量扭曲了附近的時(shí)空，月球在彎曲時(shí)空以最自然的方式運(yùn)行，走出了一條繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的曲線。就如火車沿鐵軌運(yùn)行一樣，當(dāng)鐵軌變彎曲后，火車自然沿彎曲的鐵軌運(yùn)行

1911年愛因斯坦預(yù)言，當(dāng)恒星的光非常接近太陽時(shí)，因?yàn)樘柕囊?huì)有一個(gè)小小的偏離，并第一次提出這種恒星光線的彎曲是可以測(cè)量的。

1915年愛因斯坦的廣義相對(duì)論發(fā)表，并計(jì)算出星光在穿過太陽附近時(shí)所產(chǎn)生的偏折角度為1.75角秒。光線在引力場(chǎng)中的彎曲，廣義相對(duì)論計(jì)算的結(jié)果比牛頓理論正好大了1倍，愛丁頓和戴森的觀測(cè)隊(duì)利用1919年5月29日的日全食進(jìn)行觀測(cè)的結(jié)果，證實(shí)了廣義相對(duì)論是正確的。

• 數(shù)學(xué)理論，支持我們的空間是可以被彎曲的

歐幾里得的《幾何原本》在構(gòu)建經(jīng)典時(shí)空時(shí)有五個(gè)倚靠直覺的公設(shè)：

– 由任意一點(diǎn)到任意一點(diǎn)可作直線。

– 一條有限直線可以繼續(xù)延長(zhǎng)。

– 以任意點(diǎn)為心及任意的距離可以畫圓。

– 凡直角都相等。

– 同一平面內(nèi)一條直線和另外兩條直線相交，若在某一側(cè)的兩個(gè)內(nèi)角的和小于兩直角，則這兩直線經(jīng)無限延長(zhǎng)后在這一側(cè)相交。（平行線公設(shè)）

第五條定義平行線的公設(shè)有些拗口。很多人就想用著前四條更基本的直覺觀念去證明第五條，結(jié)果羅巴切夫斯基和高斯先后發(fā)現(xiàn)，前人的證明多是錯(cuò)誤的循環(huán)論證，平行線公設(shè)無法由前四條推理證明。1820年代，俄國(guó)喀山大學(xué)教授羅巴切夫斯基在證明第五公設(shè)的過程中，他走了另一條路子。他提出了一個(gè)和歐氏平行公理相矛盾的命題，用它來代替第五公設(shè)，然后與歐氏幾何的前四個(gè)公設(shè)結(jié)合成一個(gè)公理系統(tǒng)，展開一系列的推理。但是，在他極為細(xì)致深入的推理過程中，得出了一個(gè)又一個(gè)在直覺上匪夷所思，但在邏輯上毫無矛盾的命題。最后，羅巴切夫斯基得出兩個(gè)重要的結(jié)論：

第一，第五公設(shè)不能被證明。

第二，在新的公理體系中展開的一連串推理，得到了一系列在邏輯上無矛盾的新的定理，并形成了新的理論。這個(gè)理論像歐氏幾何一樣是完善的、嚴(yán)密的幾何學(xué)。

這種幾何學(xué)被稱為羅巴切夫斯基幾何，簡(jiǎn)稱羅氏幾何。這是第一個(gè)被提出的非歐幾何學(xué)。后來黎曼引入新的公設(shè)取代第五條平行定理，引出了黎曼幾何（或稱橢圓幾何）。人們最終發(fā)現(xiàn)，歐式幾何、羅氏幾何、黎曼幾何這三種幾何學(xué)，都是常曲率空間中的幾何學(xué)，分別對(duì)應(yīng)曲率為0、負(fù)常數(shù)和正常數(shù)的情況。黎曼曲率等于1、-1和0的空間分別是黎曼球空間、羅巴切夫斯基空間和歐氏空間。歐氏空間可看作黎曼空間的特例。

黎曼統(tǒng)一了黎氏幾何，羅氏幾何，歐氏幾何，并且預(yù)見，物質(zhì)的存在可能造成空間的彎曲。為愛因斯坦的廣義相對(duì)論準(zhǔn)備了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

更到后來，人們還發(fā)現(xiàn)。

線的長(zhǎng)短是一個(gè)幾何問題嗎？ 以洛侖茲變換和狹義相對(duì)論來看，線的長(zhǎng)短是相對(duì)的，和速度有關(guān)，不是單純的幾何問題。

線的彎直是一個(gè)幾何問題嗎？ 按照人類經(jīng)驗(yàn)，光線走兩點(diǎn)之間最短路線，兩點(diǎn)之間最短路線是直線，所以光線就是直線。 但是，實(shí)驗(yàn)證明，光線在引力場(chǎng)會(huì)彎曲，所以，直線的概念并不純粹是幾何問題，還和物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。

普通人會(huì)驚訝，我們看到的、感受到的、理所當(dāng)然認(rèn)為的許多日常觀念，漏洞百出。

第三個(gè)問題，引力波不是一般意義上的“波”，而是空間持續(xù)的扭曲震蕩。

空間可以被扭曲，因?yàn)橛匈|(zhì)量物體的存在。那超大質(zhì)量物體，可以把空間扭曲到什么程度？

黑洞這種理論預(yù)言存在的天體，可以把空間扭曲成一個(gè)“無底洞”，任何東西只要“掉進(jìn)去”就再也出不來。

如果兩個(gè)黑洞，互相旋轉(zhuǎn)，持續(xù)不斷扭曲周圍的時(shí)空，就可以引發(fā)時(shí)空震蕩。而時(shí)空震蕩，就是新聞里說的引力波。

一句話解釋，引力是空間“被掰彎”的程度，數(shù)學(xué)定義叫曲率，而彎曲的程度受物質(zhì)質(zhì)量的影響，兩個(gè)超大質(zhì)量的物體互相旋轉(zhuǎn)，周圍被彎曲的空間就會(huì)發(fā)生持續(xù)的拉伸和收縮震蕩。今天刷屏的新聞，就是這種震蕩傳到地球，正好被精密的LIGO裝置探測(cè)到。

到這里，不知道各位看懂了沒。看懂了，就順手轉(zhuǎn)發(fā)考驗(yàn)考驗(yàn)小伙伴吧。