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從電磁波到引力波

2015年引力波的發現，無疑是自電磁波發現之後又一劃時代的事件，也是理性思考與實驗觀測相結合的又一光輝典範。引力波有可能繼電磁波之後成為一種通訊的新媒介，並最終走進我們的日常生活嗎？讓我們拭目以待。

1888年電磁波的發現，毋庸置疑是近代科學史上的一座里程碑。由法拉第開創、麥克斯韋建立的電磁場理論至此取得了決定性的勝利。而此次引力波的發現，毫無疑問將作為另外一座里程碑載入人類文明與科技發展的史冊。

歷史總有著許多驚人的相似。電磁波的發現歷程，是人類歷史上理性思考與實驗觀測相結合的光輝典範。自1831年始，法拉第通過一系列的重要實驗，發現了電磁感應現象，並成為現代發電機的始祖，但他更為革命性的貢獻，是提出了力線與場的概念，並認為場同我們日常所感知的具體實物如樹木、泥土一樣具有客觀實在性。具體來說，電磁場作為一種實體，可以不依賴於場源如電荷、電流而獨立存在。但日常生活中由於電磁場既看不見，又摸不著，法拉第這些深邃的思想與觀念超越於時代，不為大眾所接受。

不過，他的理論深深吸引了當時還是年輕人的麥克斯韋。麥克斯韋憑借自己超群的數學造詣與敏銳的物理洞察力，通過十年的全面總結與系統研究，於1864年寫成經典論文《電磁場的動力學理論》，並建立起一組能完整描述電磁現象的方程，現在這組方程經過後人的整理與改寫被稱為麥克斯韋方程組，它不僅簡潔美觀，而且應用廣泛，成為人類認識和理解自然的一座豐碑。

值得指出的是，這座豐碑的建立，不全是麥克斯韋對過往實驗的系統總結，而且包含了他基於理論自洽性考慮而提出的大膽假設，其中一個重要環節是提出了位移電流的概念。更讓人驚奇的是，1865年麥克斯韋進一步基於理性的思考從純理論的角度預言了電磁波的存在，並且通過具體演算推理斷言電磁波是橫波，在真空中以光速傳播，受此啟發他還提出可見光不過是電磁波的一種形式！但在當時由於麥克斯韋的理論難懂，又無實驗驗證，並未馬上引起大家的重視並得到認可。自然界是否真實存在這種電磁波呢？只有實驗才是檢驗科學理論的唯一標準，直到1888年，德國物理學家赫茲證實了電磁波的存在，這距離麥克斯韋理論預言已過了二十三年。赫茲的實驗證實具有劃時代的意義，人們為了紀念他，已將他的名字作為頻率的標準單位，沿用至今。

稱得上劃時代的理論與實驗並不多見，我們今天只要稍微回顧電磁波被證實之後人類科技發展的歷程，就知道麥克斯韋與赫茲的工作當之無愧。電磁波被發現後，1895年發明了無線電，1901年就有了無線電報，1906年實現了第一次廣播，1925年產生了電視，1935年有了雷達，而到今天的2016年，互聯網、移動通訊、GPS定位等等已經進入普通百姓日常生活的現代科技，無一不與電磁波的理論與發現有關。從1888年電磁波的發現至2016年的今天，短短128年的發展歷史，人類文明進程早已天翻地覆。

而2015年引力波的發現，無疑是人類文明發展歷程中又一劃時代的事件，也是理性思考與實驗觀測相結合的又一光輝典範。因為存在引力波，是愛因斯坦提出廣義相對論之後最為重要的一個預言之一。早在1908年，愛因斯坦就開始思考，認為在建立物理規律過程中不僅慣性參考系是平權的（受慣性系都是平權的啟發愛因斯坦於1905年推廣了伽利略相對性原理，並結合真空光速不變原理建立了狹義相對論），而且非慣性參考系也應該是平權的，物理規律對於所有慣性系都應該是協變的。將之應用於引力，那麽要發展牛頓的萬有引力定律，將不僅僅是克服引力的超距作用這一主要困難，而且需要建立一個廣義協變的引力理論。

經過近七年的嘗試與探索，愛因斯坦終於在1915年11月發表了經典論文《引力的場方程》，從而標誌著廣義相對論的建立。在文中他繼承了法拉第、麥克斯韋關於場的觀念，同時利用黎曼幾何建立了描述引力與時空結構的引力場方程，無論從數學美觀性，還是從物理規律的一般性來看，這都是一個完全可以和描述電磁場的麥克斯韋方程相媲美的方程，後來人們也習慣將這個方程稱為愛因斯坦方程。

跟牛頓的萬有引力定律相比，它不僅克服了引力的超距作用，而且深刻闡述了物質分布與時空結構之間的深刻聯系。依據廣義相對論，物質使得時空幾何發生彎曲，而物質的運動也會使時空的幾何結構產生變化，如同巨輪在海上航行將產生波浪，也如同加速帶電粒子將向外輻射電磁波。1916年6月愛因斯坦通過對引力場方程的分析，發現引力源的質量四極矩能產生引力輻射，並與電磁波一樣以光速向外傳播，這種時空的漣漪被稱為引力波。

從愛因斯坦預言引力波的存在，到現在LIGO直接探測到引力波信號，已經整整過去了100年，那麽引力波為什麽這麽難以被證實呢？主要的原因是引力波信號實在太弱。愛因斯坦本人就曾經認為引力波太弱而無法被探測。現今只有宇宙極早期劇烈的時空漲落，或者大質量的天體發生碰撞、並合或者爆發時才可能產生足夠強的引力波信號而被儀器檢測到。1969年韋伯（Joseph Weber）宣稱用大質量圓柱形鋁棒作為共振器探測棒探測到了引力波，但很遺憾後來沒人能重複驗證韋伯的實驗。

在此之後最有力的間接證據來自於1974年美國物理學家泰勒（Joseph Taylor）和赫爾斯（Russell Hulse）利用射電望遠鏡對雙星系統的觀察，他們發現這兩顆致密中子星繞其質心公轉時的軌道和周期都在變化，而根據廣義相對論，這種變化理論上可以歸咎於引力輻射帶走了雙星系統的能量，通過比較理論預言與觀測數據，泰勒和赫爾斯發現雙星公轉周期變化率與廣義相對論理論預期的結果一致，因此也榮獲了1993年諾貝爾物理學獎，但是對於引力波的檢測而言，這畢竟只是一個間接證據。

對引力波的直接探測無疑將開創一個新時代。引力波有可能繼電磁波之後成為一種通訊的新媒介，並最終走進我們的日常生活嗎？讓我們拭目以待。

韓軍測關島薩德雷達電磁波 試圖安撫韓部署地居民情緒

據韓聯社消息，美軍18日向韓國國防部相關人士和媒體公開部署於關島安德森空軍基地的薩德反導系統，韓軍對該基地雷達電磁波進行了測量，結果顯示，雷達電磁波輻射僅為標準的0.007%。 這是美國首次向他國公開部署在海外的薩德基地。

美軍表示，將確保部署在韓國慶尚北道星州的薩德系統安全標準與關島基地相同，徹底檢查是否劃定好安全地區。

鑒於韓國星州薩德系統距離民宅1.5公里，韓軍人士此次訪問關島在距離AN/TPY-2遠程雷達約1.6公里處的空地進行了電磁波測量。電磁波測量在雷達啟動6分鐘後進行。結果顯示，最大輻射為每平方米0.0007瓦，為韓國廣播通信委員會標準的0.007%，平均值為每平方米0.0003瓦。

韓美兩國軍方一致表示，此次測量環境比星州地區環境更“差”，而電磁波輻射數值卻更低，力挺在星州部署薩德的安全性。

韓國軍方人士稱，標準的0.007%是在日常生活中也可檢測出的數值。

駐韓美軍司令部企劃參謀部長羅伯特·海德倫德說，薩德系統不會危害運作人員、官兵及公民健康和安全。適用於關島基地的安全標準高於美國政府標準。美軍在韓國將采用關島基地標準。

為了強調薩德系統不會給星州駐軍官兵和當地居民的健康和安全產生負面影響，美國軍方還向韓國國防部提供了政府官方文件。這份題為“有關薩德系統安全的事實”的文件強調，雷達為探測正在降落的導彈，雷達光束與地表面最小保持5度夾角，在這種情況下處於100米到3600米區段地上空間的人員被輻射的可能性幾乎可以被忽視。鑒於星州薩德部署地高度更高，危險性更小。

文件還主張，美國電氣和電子工程師協會規定的雷達電磁波輻射安全標準為5.3~6.2mW/?，美國勞工部職業安全衛生管理局的標準為10mW/?，美國國防部采用了二者當中更為嚴格的電氣和電子工程師協會的標準。

據悉，韓國國防部還在研究在星州開展薩德部署工作時，設置可以自動測量電磁波數值的測量設備。

此前，韓國薩德部署地星州郡數千名居民集會抗議，要求政府撤回這一決定。一些人甚至寫下血書決死抗議。其中一封血書中稱：“我們用生命反對部署薩德。”

韓國國務總理黃教安也於15日訪問薩德反導系統部署地慶尚北道星州郡，並在星州郡政府出席居民說明會，對薩德系統的背景等進行說明。分析認為，黃教安此訪的目的是安撫人心。

（綜合韓聯社、參考消息網報道）

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