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地球引力有多大（第2页）

最早试图检测引力波的是美国马里兰大学的物理学家韦伯（E．Weberl1901～）博士。20世纪60年代他建立了世界上第一套引力波检测装置：一根长153厘米、直径6l厘米、重约3．5吨的圆柱形铝棒——后人称之为韦伯杆，横搭在由两个铁柱子支着的钢丝上。

铝杆质量虽大，钢丝却几乎无丝毫振动。在圆柱体的表面装有压电晶体。

可以测量圆柱体极微小的形变。当引力波作用到天线时，就可以通过圆柱形的形变，把它们检测出来。

韦伯推测，铝杆若能接收到来自太空的一束强引力波，就会摆动起来，但摆动很可能是很轻微的，他估计摆动幅度可能只有原子核直径（10－米）那么大，附近卡车开过等引起的地面震动均可能导致韦伯杆产生如此幅度的振动。

为确认检测的确实是引力波，他还在1000千米之外的芝加哥阿岗国家实验室安装了一个类似的仪器。他想，假如有一个引力波扫过整个太阳系的话，则两个仪器都会同时作出同样的反应。

1969年6月韦伯声称，他的天线在1968年12月30日到1969年3月21日的81天观测中，收到了两次引力波的信号。

韦伯的结果也引起很多疑问。首先，如果韦伯收到的是引力波信号，而且如韦伯自己宣称的，这些信号来自银河系中心，那么，银河系中心必定有十分激烈的事件，可是，核对当时的天文观测资料，却没有看到任何异常的记录。

其次，如果引力波到达地球时的能量有韦伯宣布的那样大，竟能达到10＋3焦／厘米＋2秒，那么银河系中每年就要消耗10＋4个太阳质量，才能产生如此强的引力波。如果这样，我们银河系的寿命只能有10＋7年。

但天文观测证明，银河系已经有1010年的历史了。这又是一个矛盾。更重要的是，其他各国的实验小组用更精确的仪器再也未检测到，所以韦伯的结果并没有得到公认。科学家现在一般认为，韦伯的实验结果有误。

因为韦伯检测器工作在室温（27摄氏度左右）环境，由于受分子热运动噪声的限制，最高灵敏度只能达10＋量级，用来检测引力波尚无能为力。

天体物理学家采取另一种途径来检验引力波理论。由于双星是一种典型的引力辐射源。

引力辐射能把双星的能量慢慢带走，使整个双星体系的能量变小。结果使双星的周期越来越短。

这个性质叫做引力辐射阻尼。只要我们能证实引力辐射阻尼所引起的双星周期变短确实存在，尽管没有直接测到引力波，也是对引力辐射理论的一种支持。不过，这种方法同样不容易真正做到。

因为，能引起双星周期变化的因素太多了。按照广义相对论，只有由两颗脉冲星（R很小）组成的双星体系，才有可能是一个良好的检验引力波理论的天空实验室。脉冲星是急速旋转的中子星，它是一个内部停止了核燃烧而被压得极端紧密的恒星体。

它与另一个中子星一起相互绕转，构成一个双星体系。按照爱因斯坦的理论，这个双星体系应能发射引力波，从而带走一些能量，使双星轨道慢慢缩小，周期慢慢变短。

这些变化尽管都很微小，却可以从它们发出的脉冲信号到达地球的时间精确计算出来。

然而，直到1974年以前，没有发现一个双星是由两个致密星组成的。1974年底，美国射电天文学家胡尔斯及泰勒发现了离地球15000光年的一颗射电脉冲星，名字叫做PSRl913+16（PSR是射电脉冲星的意思，1913是赤径，+16是赤纬）。这颗星与众不同，在当时，所有发现的射电脉冲星都是单星，唯独PSRl913+16肯定是双星中的一个成员。泰勒等人对PSRl913+16进行了四年多的监视性观测。

测量次数超过1000次。使许多观测参数的精度达到百亿分之几。

他们的确发现了这颗双星的周期在稳定地变短。它的转动位相与时间的关系反映出如果没有周期变短，则应是一条水平线。理论与观测之间的符合是双星轨道周期总共减少了万分之四秒。

这个结果恰好与爱因斯坦的理论相符。这是人类第一次间接证实了引力波的存在。但是，这毕竟是间接证明，还不能由此得出引力波真实存在的结论。

但引力辐射阻尼理论的定量证实，意义十分重大，它把引力物理推进了一大步，再一次令人信服地证明了广义相对论的正确性。

然而，物理学家们坚持走韦伯之路，在20世纪70年代中期到80年代中期，制造出工作在低温条件下的第二代引力波检测器。如美国斯坦福大学建成了低温引力波天线装置：天线是圆柱形的铝棒，长3米，重4．8吨，工作在液氮温区，灵敏度达5×10＋，能检测出振幅为1．5×10＋厘米即约10＋原子核半径或者10＋头发直径的振动。

日本东京大学平川诺平教授的引力波检测工作也令人耳目一新。其众多实验均以频率为千赫量级的高频引力波为检测对象，这是与科学家迄今所知道的最强天体引力波源相对应的。

平川则创制了一种共振低频引力检测器，明确以蟹状星云中的高速自转脉冲中子星NP0531+21为检测对象，该星自转周期为33毫秒，所发引力波到达地面的强度约为10＋量级。平川的引力波检测器分别设立在东京和筑波科学城，经在低温条件下的长时间积累，灵敏度已达10＋。

在进入20世纪80年代之后，前苏联科学家乌恰耶夫又提出了“中微子引力论”。传统理论认为，中微子不带电荷，无静止质量，它以光速运动，几乎不与物质发生作用，可以顺利穿过地球。

但是近年来发现中微子还是有静止质量的，不过其质量极小，约10＋克。

科学上发现的中微子实际上有三类：电子类、μ介子类和介子类。例如，在太阳核聚变反应中辐射的是电子类中微子，它们在到达地球前某个时候就已经变成了μ介子类或介子类中微子了。

如果一类中微子能变成另一类，它们就必须具有一定的质量了。有质量就可能对物体造成冲力。

乌恰耶夫以“中微子气”代替引力波，认为在充满宇宙间的中微子气中，中微子以亚光速进行着杂乱无章的运动，其中一部分总是要被天体吸收的，结果每一天体都获得一种“脉冲力”，此脉冲力大小等于其吸收的中微子质量与其速度乘积。

在日地系统中，地球向日面承受的中微子流比背日面要弱，由此产生的脉冲力恰好抵消地球绕太阳运动的离心力。宇宙间各天体运动都可以如此解释。在这里根本不需要吸引之力。

当然，这个理论只是一种探讨，并无实验事实作依据。不过由于中微子在宇宙演化过程中起着重要作用，对它的认识还有待进一步深化。因此，乌恰耶夫的说法或许是有一定道理的。那么，引力的本质到底是什么？是重力，引力波，还是中微子？

现在，科学家又在改进检测器或创制新的检测器，以求检测到引力波。例如，美国计划分别在东西两岸建立臂长为3．2千米的激光检测器，经多次反射，总光程可达100千米，其灵敏度估计可达10＋。

2000年末，欧洲航天局宣布，将与美国国家航空航天局合作，从2010年开始共同实施“莉萨”（LISA）计划，以寻找84年前就预言存在的引力波。“莉萨”计划要发射3颗卫星，这3颗卫星将组成一个边长为500万千米的巨大三角形，它们之间以激光束相连。科学家们希望能够借此测量出3颗卫星中的某一颗是否会因太空中的引力塌缩而产生微弱的位置偏差，从而获得引力波存在的事实证据。