什么是反重力？

爱因斯坦的广义相对论预言，引力波(又称重力波)的主要性质是:在真空中以光速传播；携带与波源有关的能量和信息；是横波，在远源处是平面波；最低阶是四极辐射；辐射强度极弱；物质对引力波的吸收效率极低，引力波穿透力极强，地球对引力波几乎透明；其偏振特性是两个独立的偏振态等。法国和意大利联合建造的引力波探测器刚刚完成，将于2004年正式启用。强有力的证据表明，引力波不仅是爱因斯坦的假说，而且来自中子星的观测。就连爱因斯坦也认为引力波可能永远无法被探测到，观测它们在技术上也很困难。如果把世界上所有探测器的成本加起来，捕捉引力波的成本无疑是天文数字。

在“广义相对论”发表近90年后的今天，这个神秘的波终于有可能向我们展示它的本来面目。现在对引力波的研究方兴未艾，反重力或反引力的研究已经提上日程。这项研究可能的结果可能完全实现人类实现星际航行的梦想，科学家值得为这项研究投入毕生的精力和才华。

■名词解释

重力波

引力波也叫重力波。早在1916年，爱因斯坦在提出“广义相对论”时就预言了引力波的存在。但只有超新星、坍缩黑洞、中子星等宇宙中极其巨大、密度极高的天体释放的引力波才能被探测到:一颗超新星短暂爆发出如同数十亿颗恒星组成的星系般明亮的光，然后其碎片被射向宇宙深处。但它的影响远不止于此。超新星会让时空结构颤抖，扩散到几百万光年之外。这种现象被称为引力波。

中子星

中子星是巨星爆炸的产物。它们由中子组成，通常所有物质都被压缩在一个城市那么大的空间里。一些中子星旋转非常快，间歇性地发出无线电波，天文学家可以用射电望远镜识别。

人们无法直接探测到引力波，因为它的破坏力在浩瀚的太空中被大大“稀释”了。如果你能靠近超新星，引力波会把你和你周围的一切撕成碎片。但当引力波到达地球时，只能引起最轻微的时空波动。

广义相对论预言引力波的存在。

在广义相对论发表近90年后的今天，这种神秘的波或许终于向我们展示了它的本来面目。在过去的几年里，天文学家在美国、日本和德国设立了探测器，最近在意大利设立了一个，距离比萨12公里。这个法国-意大利的探测器名为“处女座”，刚刚完成，将于2004年正式投入使用。这是一项大工程，花费很大。“处女座”有一条3公里长的隧道，位于意大利比萨郊区，隧道只是“处女座”的一部分。在日本国家天文台，也有一个直角300米的等腰直角三角形隧道。一台名为“TAMA300”的激光干涉仪引力波探测设备最近开始运行，这是世界上首批搜索引力波的努力之一。

引力波也叫重力波。早在1916年，爱因斯坦在提出“广义相对论”时就预言了引力波的存在。相对论认为时间和空间是不可分的。我们不能再分别对待三维空间和滴答作响的时钟，它们实际上是时空结构的组成部分。然而，广义相对论的一个推论还有待证实:如果一个物体突然运动，它应该会以引力波的形式释放能量，就像摇一摇钟就会响一样。理论上，这适用于所有物体，包括人类。但只有超新星、坍缩黑洞、中子星等宇宙中极其巨大、密度极高的天体释放的引力波才能被探测到:一颗超新星短暂爆发出如同数十亿颗恒星组成的星系般明亮的光，然后其碎片被射向宇宙深处。但它的影响远不止于此。超新星会让时空结构颤抖，扩散到几百万光年之外。这种现象被称为引力波，天文学家正在努力成为第一个证明其存在的人。它们可能最终会带我们回到大爆炸的源头。所有的理论都需要证据来支撑，但是找到证据是非常困难的。人们无法直接探测到引力波，因为它的破坏力在浩瀚的太空中被大大“稀释”了。如果你能靠近超新星，引力波会把你和你周围的一切撕成碎片。但当引力波到达地球时，只能引起最轻微的时空波动。观测引力波在技术上很难，无异于测量银河系的宽度，将结果误差控制在3厘米以内。所以即使是爱因斯坦也认为引力波可能永远不会被探测到。

引力波确实存在。

“处女座”的建造耗时6年，耗资约5500万英镑。如果把世界上所有探测器的成本加起来，捕捉引力波的成本无疑是天文数字。幸运的是，没有人认为这项工作会是徒劳的。强有力的证据表明，引力波不仅仅是爱因斯坦的假设。这个证据来自于对中子星的观测。中子星是巨星爆炸的产物。它们由中子组成，通常所有物质都被压缩在一个城市那么大的空间里。一些中子星旋转非常快，间歇性地发出无线电波，天文学家可以用射电望远镜识别。这颗中子星被称为脉冲星。1974年，美国物理学家约瑟夫·泰勒和拉塞尔·赫尔斯首次发现了一对脉冲双星。他们发现这两个天体的亲密圈越来越近。虽然变化幅度很小(每年只有1 cm左右)，但其意义重大。这意味着两个天体都在失去能量，这种轨道变化完全符合相对论的预测。泰勒和霍尔斯认为能量是以引力波的形式释放的，这一发现为他们赢得了1993的诺贝尔奖。

“处女座”和其他新建成的引力波探测器一样，是一个大型激光干涉仪，利用引力波的特性将其捕获。这个特点就是引力波使时空沿着一个方向轴拉伸，沿着垂直于它的另一个方向轴压缩。通过连续测量这两个方向上的距离，人们可以找到在某一时刻这两个方向上拉伸和压缩的距离。像所有大魔术一样，科学家也用镜子来做这个。激光器发出的光经过分光器，分光器将光束分别传输到两个L形管，形成一个垂直角度。每根管子的末端都挂着一面镜子，把两束光反射回来，在交叉点相遇。人们故意改变了这两种光的波长，这样当它们反射回来时，就会互相抵消。有一个记录光的光电二极管，通常不会显示光的外观。但是，如果有引力波经过，两束光的传播距离会有所不同。那么当两束光相遇时，波形不会完全干涉，产生光发射。

“处女座”的技术规格令人惊叹。镜面非常光滑，凸凹幅度小于百分之一微米(1微米等于百万分之一米)。此外，它们对光的反射率达到99.999%。激光也不寻常，因为它产生的光束是迄今为止最稳定的。那么，“处女座”观测到引力波的可能性有多大呢？卡迪夫大学的班戈拉·塔莎·普拉卡什教授说:“我们预计每年会有一到两次双黑洞合并。这些预测都是在不确定理论的基础上做出的，所以概率可能更低。因此，如果我们在三四年内什么都没看到，也就不足为奇了。”之后，就是对爱因斯坦理论真实性的检验。人们计划升级“处女座”和其他引力波探测器，因此到2010年，它们的灵敏度将提高10倍。这样可以将观测范围扩大1000倍。这么大的区域，每年，也许每天，都应该有形成引力波的天体活动。如果人们仍然一无所获，将对天体物理学产生巨大影响。塔莎·普拉卡什说:“如果我们找不到引力波，我们将不得不开始怀疑天体物理学家的一些基本模型是否正确，比如双星系统是如何形成的。”

反重力研究重返科学家视线

爱因斯坦的广义相对论预言，引力波的主要性质是:在真空中以光速传播；携带与波源有关的能量和信息；是横波，在远源处是平面波；最低阶是四极辐射；辐射强度极弱；物质对引力波的吸收效率极低，引力波穿透力极强，地球对引力波几乎透明；其偏振特性是两个独立的偏振态等。引力波是具有波形和有限速度传播的引力场。

虽然爱因斯坦在1916预言了加速质量中可能存在引力波，但他的引力波与坐标的选取有关。在某个参考系中，引力波可能有能量，但在另一个参考系中，可能没有。所以，在引力波存在之初，大多数人，包括爱因斯坦本人，都对引力波持怀疑态度。1956年，皮兰尼提出了一个与坐标系选择无关的引力波定义。1957中，创可贴进一步从理论上证明了与坐标系选取无关的平面引力波的存在。1959年，邦迪、皮兰尼、罗宾逊进一步证明了静止的物体在引力波脉冲的作用下会运动，间接证明了引力波携带能量，可以被探测到。由于引力辐射极其微弱，目前在实验室还无法发射出可探测的引力波，但大质量天体的剧烈运动，如双星系统的公转、中子星的自转、超新星爆炸、理论预言的物质的形成、碰撞和俘获，都可以辐射出强烈的引力波。

多年来，世界各国的科学家一直致力于探测引力波。美国马里兰大学科学家韦伯率先用一根铝杆作为天线进行探测，并声称探测到了一种不排除是引力波的信号。但是其他科学家没有得到这个结果，韦伯的结论没有得到认可。现在对引力波的研究方兴未艾，反重力或反引力的研究已经提上日程。这项研究可能的结果可能完全实现人类实现星际航行的梦想，科学家值得为这项研究投入毕生的精力和才华。中国科学家在这一领域进行了有价值的实验和研究。

自从英国科幻作家威尔斯描述了“反重力”(可以屏蔽重力的影响，使飞船飞向月球)，反重力成为人类一个多世纪以来的梦想。如果反重力确实存在，它将改变整个世界。汽车、火车、轮船，所有你能想到的交通系统，都可以由引力场获得的能量驱动。这项将改变世界科学界和航空航天界禁忌的反重力研究，目前再次引起人们的关注，因为据报道，世界上最大的飞机制造商波音公司正在探索一些新概念，这些新概念可能会彻底改变未来一个世纪的推进技术。

波音公司进行的反重力研究可以概括为该公司一个名为“Grasp(先进空间推进技术重力研究)”的项目。《简氏防务周刊》获得的一份相关文件阐述了波音公司相信这一项目成功的重大意义。文件中写道:“如果反重力确实存在，它一定会改变整个航天工业。”这个评价可能还不够。如果反重力确实存在，它将改变整个世界。汽车、火车、轮船，所有你能想到的交通系统都可以用“无推进剂推进”来驱动——一种从重力场获取能量的模式。

虽然反重力是一个美好的梦想，但传统科学一直认为反重力是不可能的。1992年4月，已故英国索尔福德大学教授、时任英国太空防御系统战略项目负责人布莱恩·杨(Brian Young)在伦敦机械工程师学会发表演讲。他在演讲中解释了为什么反重力研究关系到航天事业乃至世界。“Grasp”简报解释了为什么波音公司必须聘用俄罗斯材料专家yevgeny Podkretnov。Podcletnov声称发明了一种可以屏蔽重力影响的装置。

1992年，在芬兰坦佩雷理工大学工作的波德克雷特诺夫(Podkretnov)向一家英国物理杂志提交了一篇论文。他描述了一个放置在高速旋转的超导体(在极低的温度下会失去电阻)上的物体如何失去近2%的重量。这篇论文被泄露给了一家报社。一是因为涉及“反重力”这个禁忌概念，二是因为在主流物理学界引起轩然大波，波德克·莱特诺夫被学校开除。但俄罗斯人的研究引起了美国国家航空航天局的注意，她已经与亨茨维尔阿拉巴马大学的一名研究人员取得了联系，该研究人员声称她可以通过使用高速旋转的超导体来创建一种重力场并排斥或吸引物体。

20世纪90年代中期，位于阿拉巴马州的美国国家航空航天局(美国国家航空航天局)马歇尔航天中心未能重复波德克雷特诺夫的实验。然而，该中心承认，它不知道俄罗斯人制造超导磁盘的独特方法，它在很大程度上是盲目研究。

几年前，美国国家航空航天局向俄亥俄州的哥伦布超导元件公司支付了60万美元，制造了波德克莱托夫曾经使用过的装置，并聘请俄罗斯人担任顾问。虽然实验被推迟了，但实验负责人罗恩·科佐尔对实验能够完成很有信心。现在在莫斯科化学研究中心工作的波德克莱诺夫进一步发展了自己的想法。他与意大利科学家乔瓦尼·莫达尼斯(Giovanni Modanese)共同发表了一篇论文，详细介绍了一种“脉冲重力发生器”的研究工作，这种装置可以对所有物体产生排斥力。该设备使用强放电功率“发射器”和超导“发射器”来产生“重力脉冲”。波德克雷特诺夫说:“时间非常短，它沿着放电线以非常快的速度(实际上是瞬时的)行进，穿过许多不同的物体，没有任何明显的能量损失。”他说，实验结果是，任何被光束击中的物体都有推力效应，大小与物体质量成正比。在调整一个激光瞄准装置时，波德克雷特诺夫表示，他的实验装置已经显示出击倒1公里外物体的能力。他声称这个装置可以用同样的能量击倒200公里外的物体。正是波德克·莱特诺夫的“脉冲重力发生器”的研究工作引起了波音公司的注意。在“Grasp”简报中，波音公司描述了该设备发射的光束如何在没有任何电磁屏蔽的情况下穿透任何物体。

“淘金热”正在升温

在范堡罗国际航展上，即将离任的波音幻影研究项目负责人乔治·米尔纳(George Milner)承认，他的公司对波德克莱托夫的研究和其他反重力设备感兴趣。米尔纳还表示，他的公司相信这些设备中包含的科学原理。他说:“物理原理似乎是成立的，包括基本的科学原理，并没有打破物理定律。”“Grasp”文件指出，其他大型航空航天工业公司，如英国航空航天系统公司和洛克希德·马丁公司，也与波德克·莱特诺夫进行了接触。波音可能走在了“淘金热”的前面，因为它领先了一步。50年前，包括马丁公司、贝尔飞机公司和联合Urti飞机公司在内的许多航空工业公司都对反重力研究表现出类似的兴趣，随后就沉寂了。有人推测，沉默是基于整个反重力研究被列为绝密，因为它有可能改变世界。

其实关于反重力暂时没有前景的研究至少可以追溯到20世纪20年代，美国发明家托马斯·汤姆森·布朗发明了一种圆盘电容器，向上的一面接正极，向下的一面接负极，电容器有向正极方向上升的趋势。美国国家航空航天局的一名科学家申请了一项“二维不对称电容板”专利——一种可以产生推力的盘状带电装置。不知道是不是巧合，目前的研究和布朗的想法很像。波音公司承认正在西雅图的“梦工厂”研究反重力装置，困了很久的魔鬼会从瓶子里出来。