愛因斯坦的廣義相對論預言，引力波(又稱重力波)的主要性質是:在真空中以光速傳播；攜帶與波源有關的能量和信息；是橫波，在遠源處是平面波；最低階是四極輻射；輻射強度極弱；物質對引力波的吸收效率極低，引力波穿透力極強，地球對引力波幾乎透明；其偏振特性是兩個獨立的偏振態等。法國和意大利聯合建造的引力波探測器剛剛完成，將於2004年正式啟用。強有力的證據表明，引力波不僅是愛因斯坦的假說，而且來自中子星的觀測。就連愛因斯坦也認為引力波可能永遠無法被探測到，觀測它們在技術上也很困難。如果把世界上所有探測器的成本加起來，捕捉引力波的成本無疑是天文數字。
在“廣義相對論”發表近90年後的今天，這個神秘的波終於有可能向我們展示它的本來面目。現在對引力波的研究方興未艾，反重力或反引力的研究已經提上日程。這項研究可能的結果可能完全實現人類實現星際航行的夢想，科學家值得為這項研究投入畢生的精力和才華。
■名詞解釋
重力波
引力波也叫重力波。早在1916年，愛因斯坦在提出“廣義相對論”時就預言了引力波的存在。但只有超新星、坍縮黑洞、中子星等宇宙中極其巨大、密度極高的天體釋放的引力波才能被探測到:壹顆超新星短暫爆發出如同數十億顆恒星組成的星系般明亮的光，然後其碎片被射向宇宙深處。但它的影響遠不止於此。超新星會讓時空結構顫抖，擴散到幾百萬光年之外。這種現象被稱為引力波。
中子星
中子星是巨星爆炸的產物。它們由中子組成，通常所有物質都被壓縮在壹個城市那麽大的空間裏。壹些中子星旋轉非常快，間歇性地發出無線電波，天文學家可以用射電望遠鏡識別。
人們無法直接探測到引力波，因為它的破壞力在浩瀚的太空中被大大“稀釋”了。如果妳能靠近超新星，引力波會把妳和妳周圍的壹切撕成碎片。但當引力波到達地球時，只能引起最輕微的時空波動。
廣義相對論預言引力波的存在。
在廣義相對論發表近90年後的今天，這種神秘的波或許終於向我們展示了它的本來面目。在過去的幾年裏，天文學家在美國、日本和德國設立了探測器，最近在意大利設立了壹個，距離比薩12公裏。這個法國-意大利的探測器名為“處女座”，剛剛完成，將於2004年正式投入使用。這是壹項大工程，花費很大。“處女座”有壹條3公裏長的隧道，位於意大利比薩郊區，隧道只是“處女座”的壹部分。在日本國家天文臺，也有壹個直角300米的等腰直角三角形隧道。壹臺名為“TAMA300”的激光幹涉儀引力波探測設備最近開始運行，這是世界上首批搜索引力波的努力之壹。
引力波也叫重力波。早在1916年，愛因斯坦在提出“廣義相對論”時就預言了引力波的存在。相對論認為時間和空間是不可分的。我們不能再分別對待三維空間和滴答作響的時鐘，它們實際上是時空結構的組成部分。然而，廣義相對論的壹個推論還有待證實:如果壹個物體突然運動，它應該會以引力波的形式釋放能量，就像搖壹搖鐘就會響壹樣。理論上，這適用於所有物體，包括人類。但只有超新星、坍縮黑洞、中子星等宇宙中極其巨大、密度極高的天體釋放的引力波才能被探測到:壹顆超新星短暫爆發出如同數十億顆恒星組成的星系般明亮的光，然後其碎片被射向宇宙深處。但它的影響遠不止於此。超新星會讓時空結構顫抖，擴散到幾百萬光年之外。這種現象被稱為引力波，天文學家正在努力成為第壹個證明其存在的人。它們可能最終會帶我們回到大爆炸的源頭。所有的理論都需要證據來支撐，但是找到證據是非常困難的。人們無法直接探測到引力波，因為它的破壞力在浩瀚的太空中被大大“稀釋”了。如果妳能靠近超新星，引力波會把妳和妳周圍的壹切撕成碎片。但當引力波到達地球時，只能引起最輕微的時空波動。觀測引力波在技術上很難，無異於測量銀河系的寬度，將結果誤差控制在3厘米以內。所以即使是愛因斯坦也認為引力波可能永遠不會被探測到。
引力波確實存在。
“處女座”的建造耗時6年，耗資約5500萬英鎊。如果把世界上所有探測器的成本加起來，捕捉引力波的成本無疑是天文數字。幸運的是，沒有人認為這項工作會是徒勞的。強有力的證據表明，引力波不僅僅是愛因斯坦的假設。這個證據來自於對中子星的觀測。中子星是巨星爆炸的產物。它們由中子組成，通常所有物質都被壓縮在壹個城市那麽大的空間裏。壹些中子星旋轉非常快，間歇性地發出無線電波，天文學家可以用射電望遠鏡識別。這顆中子星被稱為脈沖星。1974年，美國物理學家約瑟夫·泰勒和拉塞爾·赫爾斯首次發現了壹對脈沖雙星。他們發現這兩個天體的親密圈越來越近。雖然變化幅度很小(每年只有1 cm左右)，但其意義重大。這意味著兩個天體都在失去能量，這種軌道變化完全符合相對論的預測。泰勒和霍爾斯認為能量是以引力波的形式釋放的，這壹發現為他們贏得了1993的諾貝爾獎。
“處女座”和其他新建成的引力波探測器壹樣，是壹個大型激光幹涉儀，利用引力波的特性將其捕獲。這個特點就是引力波使時空沿著壹個方向軸拉伸，沿著垂直於它的另壹個方向軸壓縮。通過連續測量這兩個方向上的距離，人們可以找到在某壹時刻這兩個方向上拉伸和壓縮的距離。像所有大魔術壹樣，科學家也用鏡子來做這個。激光器發出的光經過分光器，分光器將光束分別傳輸到兩個L形管，形成壹個垂直角度。每根管子的末端都掛著壹面鏡子，把兩束光反射回來，在交叉點相遇。人們故意改變了這兩種光的波長，這樣當它們反射回來時，就會互相抵消。有壹個記錄光的光電二極管，通常不會顯示光的外觀。但是，如果有引力波經過，兩束光的傳播距離會有所不同。那麽當兩束光相遇時，波形不會完全幹涉，產生光發射。
“處女座”的技術規格令人驚嘆。鏡面非常光滑，凸凹幅度小於百分之壹微米(1微米等於百萬分之壹米)。此外，它們對光的反射率達到99.999%。激光也不尋常，因為它產生的光束是迄今為止最穩定的。那麽，“處女座”觀測到引力波的可能性有多大呢？卡迪夫大學的班戈拉·塔莎·普拉卡什教授說:“我們預計每年會有壹到兩次雙黑洞合並。這些預測都是在不確定理論的基礎上做出的，所以概率可能更低。因此，如果我們在三四年內什麽都沒看到，也就不足為奇了。”之後，就是對愛因斯坦理論真實性的檢驗。人們計劃升級“處女座”和其他引力波探測器，因此到2010年，它們的靈敏度將提高10倍。這樣可以將觀測範圍擴大1000倍。這麽大的區域，每年，也許每天，都應該有形成引力波的天體活動。如果人們仍然壹無所獲，將對天體物理學產生巨大影響。塔莎·普拉卡什說:“如果我們找不到引力波，我們將不得不開始懷疑天體物理學家的壹些基本模型是否正確，比如雙星系統是如何形成的。”
反重力研究重返科學家視線
愛因斯坦的廣義相對論預言，引力波的主要性質是:在真空中以光速傳播；攜帶與波源有關的能量和信息；是橫波，在遠源處是平面波；最低階是四極輻射；輻射強度極弱；物質對引力波的吸收效率極低，引力波穿透力極強，地球對引力波幾乎透明；其偏振特性是兩個獨立的偏振態等。引力波是具有波形和有限速度傳播的引力場。
雖然愛因斯坦在1916預言了加速質量中可能存在引力波，但他的引力波與坐標的選取有關。在某個參考系中，引力波可能有能量，但在另壹個參考系中，可能沒有。所以，在引力波存在之初，大多數人，包括愛因斯坦本人，都對引力波持懷疑態度。1956年，皮蘭尼提出了壹個與坐標系選擇無關的引力波定義。1957中，創可貼進壹步從理論上證明了與坐標系選取無關的平面引力波的存在。1959年，邦迪、皮蘭尼、羅賓遜進壹步證明了靜止的物體在引力波脈沖的作用下會運動，間接證明了引力波攜帶能量，可以被探測到。由於引力輻射極其微弱，目前在實驗室還無法發射出可探測的引力波，但大質量天體的劇烈運動，如雙星系統的公轉、中子星的自轉、超新星爆炸、理論預言的物質的形成、碰撞和俘獲，都可以輻射出強烈的引力波。
多年來，世界各國的科學家壹直致力於探測引力波。美國馬裏蘭大學科學家韋伯率先用壹根鋁桿作為天線進行探測，並聲稱探測到了壹種不排除是引力波的信號。但是其他科學家沒有得到這個結果，韋伯的結論沒有得到認可。現在對引力波的研究方興未艾，反重力或反引力的研究已經提上日程。這項研究可能的結果可能完全實現人類實現星際航行的夢想，科學家值得為這項研究投入畢生的精力和才華。中國科學家在這壹領域進行了有價值的實驗和研究。
自從英國科幻作家威爾斯描述了“反重力”(可以屏蔽重力的影響，使飛船飛向月球)，反重力成為人類壹個多世紀以來的夢想。如果反重力確實存在，它將改變整個世界。汽車、火車、輪船，所有妳能想到的交通系統，都可以由引力場獲得的能量驅動。這項將改變世界科學界和航空航天界禁忌的反重力研究，目前再次引起人們的關註，因為據報道，世界上最大的飛機制造商波音公司正在探索壹些新概念，這些新概念可能會徹底改變未來壹個世紀的推進技術。
波音公司進行的反重力研究可以概括為該公司壹個名為“Grasp(先進空間推進技術重力研究)”的項目。《簡氏防務周刊》獲得的壹份相關文件闡述了波音公司相信這壹項目成功的重大意義。文件中寫道:“如果反重力確實存在，它壹定會改變整個航天工業。”這個評價可能還不夠。如果反重力確實存在，它將改變整個世界。汽車、火車、輪船，所有妳能想到的交通系統都可以用“無推進劑推進”來驅動——壹種從重力場獲取能量的模式。
雖然反重力是壹個美好的夢想，但傳統科學壹直認為反重力是不可能的。1992年4月，已故英國索爾福德大學教授、時任英國太空防禦系統戰略項目負責人布萊恩·楊(Brian Young)在倫敦機械工程師學會發表演講。他在演講中解釋了為什麽反重力研究關系到航天事業乃至世界。“Grasp”簡報解釋了為什麽波音公司必須聘用俄羅斯材料專家yevgeny Podkretnov。Podcletnov聲稱發明了壹種可以屏蔽重力影響的裝置。
1992年，在芬蘭坦佩雷理工大學工作的波德克雷特諾夫(Podkretnov)向壹家英國物理雜誌提交了壹篇論文。他描述了壹個放置在高速旋轉的超導體(在極低的溫度下會失去電阻)上的物體如何失去近2%的重量。這篇論文被泄露給了壹家報社。壹是因為涉及“反重力”這個禁忌概念，二是因為在主流物理學界引起軒然大波，波德克·萊特諾夫被學校開除。但俄羅斯人的研究引起了美國國家航空航天局的註意，她已經與亨茨維爾阿拉巴馬大學的壹名研究人員取得了聯系，該研究人員聲稱她可以通過使用高速旋轉的超導體來創建壹種重力場並排斥或吸引物體。
20世紀90年代中期，位於阿拉巴馬州的美國國家航空航天局(美國國家航空航天局)馬歇爾航天中心未能重復波德克雷特諾夫的實驗。然而，該中心承認，它不知道俄羅斯人制造超導磁盤的獨特方法，它在很大程度上是盲目研究。
幾年前，美國國家航空航天局向俄亥俄州的哥倫布超導元件公司支付了60萬美元，制造了波德克萊托夫曾經使用過的裝置，並聘請俄羅斯人擔任顧問。雖然實驗被推遲了，但實驗負責人羅恩·科佐爾對實驗能夠完成很有信心。現在在莫斯科化學研究中心工作的波德克萊諾夫進壹步發展了自己的想法。他與意大利科學家喬瓦尼·莫達尼斯(Giovanni Modanese)共同發表了壹篇論文，詳細介紹了壹種“脈沖重力發生器”的研究工作，這種裝置可以對所有物體產生排斥力。該設備使用強放電功率“發射器”和超導“發射器”來產生“重力脈沖”。波德克雷特諾夫說:“時間非常短，它沿著放電線以非常快的速度(實際上是瞬時的)行進，穿過許多不同的物體，沒有任何明顯的能量損失。”他說，實驗結果是，任何被光束擊中的物體都有推力效應，大小與物體質量成正比。在調整壹個激光瞄準裝置時，波德克雷特諾夫表示，他的實驗裝置已經顯示出擊倒1公裏外物體的能力。他聲稱這個裝置可以用同樣的能量擊倒200公裏外的物體。正是波德克·萊特諾夫的“脈沖重力發生器”的研究工作引起了波音公司的註意。在“Grasp”簡報中，波音公司描述了該設備發射的光束如何在沒有任何電磁屏蔽的情況下穿透任何物體。
“淘金熱”正在升溫
在範堡羅國際航展上，即將離任的波音幻影研究項目負責人喬治·米爾納(George Milner)承認，他的公司對波德克萊托夫的研究和其他反重力設備感興趣。米爾納還表示，他的公司相信這些設備中包含的科學原理。他說:“物理原理似乎是成立的，包括基本的科學原理，並沒有打破物理定律。”“Grasp”文件指出，其他大型航空航天工業公司，如英國航空航天系統公司和洛克希德·馬丁公司，也與波德克·萊特諾夫進行了接觸。波音可能走在了“淘金熱”的前面，因為它領先了壹步。50年前，包括馬丁公司、貝爾飛機公司和聯合Urti飛機公司在內的許多航空工業公司都對反重力研究表現出類似的興趣，隨後就沈寂了。有人推測，沈默是基於整個反重力研究被列為絕密，因為它有可能改變世界。
其實關於反重力暫時沒有前景的研究至少可以追溯到20世紀20年代，美國發明家托馬斯·湯姆森·布朗發明了壹種圓盤電容器，向上的壹面接正極，向下的壹面接負極，電容器有向正極方向上升的趨勢。美國國家航空航天局的壹名科學家申請了壹項“二維不對稱電容板”專利——壹種可以產生推力的盤狀帶電裝置。不知道是不是巧合，目前的研究和布朗的想法很像。波音公司承認正在西雅圖的“夢工廠”研究反重力裝置，困了很久的魔鬼會從瓶子裏出來。