《三體》里的引力波廣播，有沒有科學根據？

因「首次發現中子星引力波」而引發的刷屏盛況，就不說了，還是撈乾貨——以《三體》背後的科學原理，說說引力波到底有多大能量？

很多人知道引力波Gravitational Wave，是從大劉《三體》系列小說里看到的。

向宇宙廣播共有四種路徑：

最低級技術就是沖著太陽發信號，就像葉文潔那樣把太陽當成電波放大器。

稍高級一些的是中微子通訊，但只能定向喊話。

更高級的就是引力波廣播，能夠向全宇宙發信號。

最高級的是大宇宙超膜廣播。

救世主羅輯建立起來的黑暗森林威懾平衡，就是通過第三種——引力波廣播發射台。

後來，聖母程心放棄了威懾控制權，地球三大引力波廣播發射台隨即被三體水滴摧毀，直到萬有引力號星際戰艦啟動引力波廣播，暫時拯救了人類……

講真，科幻中的引力波廣播，真的有一天人類會實現？

先說說引力波到底為何物？

在牛頓眼裡，地球繞著太陽轉，是因為兩個天體之間存在萬有引力。

在愛因斯坦看來，地球圍繞太陽轉，會形成引力波，就像海里互相追逐的海豚帶起的漣漪，也就是說，引力波就是時空漣漪波動。

如果你恰好處在引力波的波動輻射範圍，只要你足夠足夠敏感，就會感覺到自己隨著空間漣漪，來回伸縮、畸變。就像愛因斯坦這樣子。

但——引力波就跟電磁波一樣，同樣遵守能量守恆定律，引力波輻射能量同樣也會衰減變小。

到底小到什麼程度？

根據引力波輻射能量公式計算，地球繞著太陽轉，引力波輻射能量區區只有200瓦，只相當於你家廚房裡的榨汁機。跟偌大的地球相比，小到幾乎可以忽略不計。

再比如，2015年9月14日，人類第一次探測引力波信號源，來自36倍、29倍太陽質量的兩個黑洞，合併成一個62倍太陽質量的黑洞。36+29=65＞62，還有3個太陽質量的物質跑哪兒去了？轉化成能量釋放出去了，一部分就以引力波輻射能量方式向全宇宙釋放了。

但這麼大的能量以光速傳遞到地球，輻射能量衰減變小到什麼程度，知道嗎？

僅僅能夠讓LIGO激光干涉儀波動10^-19米，這相當於一個質子直徑的萬分之一！而一個針尖的直徑竟是質子直徑的1億倍。

這麼微小的時空漣漪波動，怎麼可能進行全宇宙廣播？？？

所以，聰明的大劉巧妙地繞開了這種不可能，在《三體·死神永生》寫道：

引力波發射的基本原理是具有極高質量密度的長弦的振動，最理想的發射天線是黑洞，可用大量微型黑洞連成一條長鏈，在振動中發射引力波。但這個技術即使三體文明也做不到，只能退而求其次，使用簡併態物質構成振動弦。這種超密度弦的直徑僅有幾納米，只佔天線整體的極小一部分，體積巨大的天線大部分只是用來支撐和包裹這種超密度弦的材料，所以天線總質量並不太大……

劉慈欣很清楚：地球上沒有哪一種金屬能夠輻射出足夠大的引力波信號，所以他腦洞大開，跳出地球，神遊宇宙——設想用中子星上的簡併態物質來構造弦。

也就是說，通過弦的振動製造引力波，從而向全宇宙廣播。

這種設想靠譜嗎？有沒有科學依據？

首先這涉及到了弦理論。因為弦論尚處在一種假設性理論階段，未被證實或者證偽，還沒真正進入科學殿堂。

所以，我們接下來的探討並非是按照真正的科學依據來衡量。但也只能以一種假說來衡量另一種假設。

按照弦理論推導，弦有兩種：基本弦和宇宙弦。

基本弦是宇宙構造、釋放能量的最小單位。

而宇宙弦產生於宇宙誕生的極早期，大爆炸能量形成了無數細長、密度極大、能量極高的宇宙弦，但隨著宇宙膨脹演化，宇宙弦大都變相了，只有極少數保留原樣倖存下來。

按照宇宙弦論推導，這種弦振動就會釋放引力波。當然，也不是普通振動就行的，而是宇宙弦振動時，打結或者形成尖角，才能產生引力波。

事實上，現實世界中的科學家已經正通過研究引力波，試圖尋找宇宙弦了。

這就是說，如果人類一旦發現宇宙弦，就有可能有這個能力製造強大的引力波，至少是可能性的可行性。

再來看《三體》里的中子星物質弦，是否可能？

按照大劉的設想，使用簡併態物質構成振動弦，這種超密度弦的直徑僅有幾納米，我們來估算一下這種弦所釋放引力波的強度，（根據弦釋放引力波的功率，正比於牛頓常數弦張力的平方，計算過程從略吧），得出這種弦釋放的張力，是每厘米只有10^-11克，很顯然太小太小。

如果把這種幾納米的物質弦變粗呢，變成頭髮絲這麼粗，結果會怎樣？計算得出，這種弦的張力是每厘米10^11克，要比上面大了22個數量級，相當於每秒鐘釋放10000克質量的能量，這當然算是宇宙級的功率啦。至少向整個銀河系進行引力波廣播，應該夠用了！

既然理論上可行，可以通過弦振動釋放引力波，進而製造引力波廣播。那麼何時才能實現呢？

也許就在幾十年內，也許需要數百年。就算弦論被證明成立，製造引力波有了科學理論支撐，但還有一個關鍵，需要找到宇宙弦！這是可遇而不可求的事兒。也許就在我們有生之餘，也許遠在下個千禧年。

或者是，人類製造出中子星簡併態物質弦，這對於目前現有技術水平來說，無異於神技術。

這就是科幻與科學之間的跨度。這也是從科幻到科學的迷人之處。

科幻激發你我好奇心，科學負責探索規律路。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！