13億年前,兩個巨大的黑洞以每秒250圈的速度相互環繞,在劇烈的宇宙波動爆炸中相撞,向整個宇宙發出能量波。緊接著,一個新的超大質量黑洞形成了,比我們的太陽大60多倍。
2015年9月,來自這個古老宇宙事件的引力波最終襲擊了地球。幸運的是,引力波在如此遠的距離上減弱了。但是如果沒有那麼幸運呢?如果幾個黑洞相撞發生在太陽系中,我們還能生存嗎?如果地球被巨大的引力波撞擊,會發生什麼?是什麼引起了這些波動?怎樣才能發現它們?
1916年,愛因斯坦用他開創性的廣義相對論推出了波,著名的公式是E=mc。他證明了能量和質量是可以互換的,空間,或「時空」,是相對於任何物質和輻射的能量和動量的曲線。愛因斯坦很有遠見地推斷,黑洞或大質量恆星物體的碰撞會造成重力扭曲,並向四面八方擠壓。
多虧了原子測量的驚人發展,美國華盛頓州和路易斯安那州雷射幹涉儀引力波觀測站(簡稱LIGO)的科學家們能夠在2015年探測並測量地球上的第一個引力波。這是科學史上的一個歷史性時刻,因為這是愛因斯坦相對論的第一個明確證明。使用雷射幹涉測量法,天文臺可以探測到小於質子直徑萬分之一的變化。這比人類頭髮的寬度小一百萬倍。從那以後,LIGO測量了50次引力波探測。
那麼到底是什麼導致了這些波動,它們會是災難性的嗎?
引力波有許多來源,包括黑洞的碰撞、不對稱中子星的旋轉、超新星,甚至是大爆炸造成的重力輻射的殘餘。這些波以重力速度傳播,等於光速,並向四面八方發散。就像扔進池塘的石頭一樣,它產生的漣漪會消散很遠,變得越來越小。
幸運的是,地球距離任何黑洞都超過4億光年,我們大體上是安全的,但是如果這些黑洞碰巧在我們的太陽系中,其影響就可怕了。當引力波穿過行星時,一邊被壓縮,另一邊膨脹,有點像擠壓應力球。結果,時間和空間本身被拉長,導致輕微的抖動。
但是如果我們離這一暴力事件更近,引力波更大,這種衝擊可能會將我們的星球撕裂,引發強大的大陸分裂地震、火山爆發和史詩般的風暴。地球將不再是一個適合居住的地方,除了像細菌,在熱液噴口茁壯成長的極端微生物。
想像我們的太陽是一顆不完美的、非球形的中子星,當它旋轉時,向外發出重力漣漪。地球看起來更像木星的衛星之一木衛一,它受到木星巨大的重力壓力,因此是太陽系中火山最活躍的衛星之一。
我們的景觀將被熔巖和火山塵埃覆蓋,大氣層由硫化氫等有毒氣體組成。這將導致大規模的全球變暖和強烈的風暴,持續不斷的海嘯,龍捲風,氣候混亂。
幸運地,我們離任何發射引力波的巨大物體都很遠,而且可以測量它們,並了解我們宇宙的複雜性。即使地球被引力波擊中,它們通常都很小,感覺不到任何衝擊。