北京时间2016年2月11日，激光干涉引力波天文台（LIGO）执行主任、加州理工学院教授戴维·赖茨在华盛顿举行的记者会上宣布，人类首次发现了引力波。科学家费尽“千辛万苦”，终于探测到期待已久的、由爱因斯坦100年前预测的引力波。根据物理学家的解释，引力波源来自两个相互绕转和合并的黑洞，依据广义相对论数学方程组的“一个解”，黑洞的合并过程会不断地向外辐射引力波，而引力辐射将两个黑洞之间的引力势能减少，因此，两个黑洞的距离会变小，在这种正反馈的过程中，随着两个黑洞距离的变小，它们之间相互绕转的频率会变得更快，就像两个花样滑冰的运动员，在音乐结束时，会在更快的旋转中抱在一起。在黑洞碰撞合并的过程中，释放了大量的引力波能量，比如：在这次引力波发现的事件中，损失的3个太阳质量转变成了对外辐射的引力波。通过爱因斯坦著名的质能方程E=MC2的计算可知，释放的能量相当于数亿亿亿亿颗原子弹同时爆炸，威力超乎想象，整个空间的颤动在13亿年后传到了地球，变成了LIGO科学家在去年9月份探测到的引力波。引力波的发现证明了黑洞失去的物质转变成了“引力能”，不同于过去我们对于能量的理解，“引力能”应该是一种自然中新的能量形式。

根据物理学家的解释，100年前，爱因斯坦以广义相对论为基础，预言了引力波的存在，同时认为引力波十分微弱，几乎不可能被发现。从那时起，全世界的科学家都试图与引力波来一次“不期而遇”发现。引力波的发现有助于理解在宇宙中发生的爆炸性事件，比如：中子星和黑洞的融合、超新星爆炸、甚至大约138亿年前诞生宇宙的大爆炸。新的发现可能导致引力波天文学的新时代，引力波携带了不同于电磁辐射等方式传递的遥远天体的信息。引力波是由运动的物体创造的，但是，引力是四种基本相互作用中最弱的，它产生的波动极其微弱，振幅之小至多相当于一个质子直径的千分之一。如此小的波动只能由处于高速运动的大质量天体来引发，比如：两个相互绕转的黑洞。由于双黑洞系与我们的距离以光年计算，所以对引力波的搜寻一直瞄准的是来自宇宙深处的强大天体。如果能够彻底证实引力波的存在，那么物质可以转变为“引力能”的推断就得到了证实。根据物理学家的解释，我们可以提出三个“公民科学”的疑问：第一，以黑洞、中子星和超新星等天体形式存在的物质在转为为引力辐射能的过程中为什么发生了质量的损失？第二，引力波的辐射能在什么条件下能够转变为物质的形态？第三，引力波的辐射能在时空纤维中如何传播？

物质和引力能之间相互转化的过程有待更多的证实，而物质和核能之间的转化早已在恒星内部的能量形成机制和原子能发电厂中得到多次验证，根据爱因斯坦的方程式E＝MC2，质量能够转换成能量，能量也能转换成质量。通过这个公式，人们可以计算一定的质量被转化为能量时所释放的能量。据美国物理学机构网在去年11月25日报道，虽然历时100多年的时间，但是，爱因斯坦的著名质能方程式E＝MC2最终得以确证，这要归功于法国、德国和匈牙利物理学家的共同努力，他们利用了世界上一些计算能力最强大的超级计算机，一个由法国理论物理中心的劳伦·勒鲁奇领导的团队提出了质子、中子及原子核中更小粒子的质量。根据粒子物理学的标准模型，质子和中子由更小的被称之为“夸克”的粒子构成，夸克则受胶子束缚，令科学家不解的是胶子的质量为零，夸克的质量也只占5%，另外的95%来源于夸克和胶子的移动以及相互作用，换句话说，能量和质量是可以相互转换的，这也符合爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论的观点。质能方程式曾在亚原子粒子层面的解释中遭遇了“可怕的困难”，为此，法国国家科学研究中心的发言人骄傲地宣称：“在此之前，这仍旧是一个假设，现在，这个假设终于首次得到证实。”除了验证爱因斯坦的质能方程式以外，法国科学家的计算还包括，“将空间和时间假设为一个四维晶体点阵的结构，不连续的点在这个水晶方格中纵横分布”。

根据物理学家的解释，物体的静止能量是它的总内能，包括分子运动的动能、分子间相互作用的势能、使原子与原子结合在一起的化学能、原子内使原子核和电子结合在一起的电磁能、以及原子核内质子、中子的结合能等等.物体的静止能量的揭示是相对论最重要的推论之一，静止物质的内部仍然存在运动。一定质量的粒子具有一定的内部运动能量，反过来，带有一定内部运动能量的粒子表现出有一定的惯性质量.在基本粒子转化过程中，有可能把粒子内部蕴藏着的全部能量释放出来，变为可以利用的动能。在侠义相对论描述的质能公式中，质量与能量存在固定关系，而在经典力学中，质量和能量之间是相互独立、没有固定的关系。在相对论力学中，能量和质量只不过是物体力学性质的两个不同方面。因此，质量概念的外延被大大地扩展了。爱因斯坦认为，如果物体以辐射形式放出能量，那么它的质量就要减少。质能方程式将原来的经典力学中彼此独立的质量守恒和能量守恒定律结合起来，变成统一的“质能守恒定律”，充分反映了物质和能量的统一性，说明了质量和能量是“质能统一体”的不可分割的两个方面。

根据百度搜索的结果，以质能方程式为研究对象所发表的中文论文达到了150万篇以上，研究人员和科学爱好者对于质能方程式的理解还存在这样和那样的分歧，具体的质能转换条件属于物理学的研究领域，这里既涉及到物质和能量之间、能量和能量之间的转化，也涉及到“正向转化”和“反向转化”。将理论物理学过去取得的成果和引力辐射能量的发现结合起来，我们至少知道了在自然的“能量家族”中多出了“引力能”，就像在恒星内部的核聚变反应中，损失的物质转变成了核能一样，在黑洞合并的过程中，一种我们还不清楚的物理机制让合并后的黑洞减少了质量，损失的质量转化成了引力辐射的能量。究竟在黑洞合并中发生了怎样的物理机制，似乎是一个诺贝尔奖级别的物理课题，此时，我们会问：如果在黑洞合并的过程中没有发生质量的损失，会不会对外发出引力波？黑洞的质量损失为什么一定转变成了“引力能”，而不是转变成了核能、热能、电磁能、化学能之类的其它能量？中子星发出了脉冲信号，应该是一种电磁能，黑洞和黑洞的合并是不是也向外发出了电磁能？为什么黑洞和黑洞之间的合并主要是发出了“引力能”？太阳在对地球发出了“引力能”之后，它的质量是不是减少了？等等，我们提出了这些问题，希望有一天能够得到物理学家的回答，有些回答现在就可以给出，有些回答也许需要数十年、甚至数百年的时间，因为，人类对质能方程式的理解会随着时间的展开而不断深入，我们所做的、所思的只能是“让现在告诉未来”，而不是“让未来告诉现在”。

本作者也不知道在核能反应的质能转化过程中，是不是损失的质量首先转化成核能，然后核能再转换成热能，或者损失的质量同时转换成了核能和热能，不知道在黑洞合并的过程中，是不是黑洞质量的损失全部转化成了“引力能”，还是大部分转换为“引力能”，少部分转为为电磁能等其它形式的能量，难道黑洞质量的损失全部转化成了“引力能”？本作者更不知道黑洞本身究竟是一个纯粹的能量体，还是一个能量和粒子的混合体？的确发生了黑洞合并的事件，但是，这究竟是怎样发生的？如果认为黑洞损失的质量转变成了“引力能”，那么引力的辐射能可以是物质本身的特性，就像物质还具有电磁能和化学能、机械能和化学能一样；如果认为黑洞的合并事件将周围的时空搅得“天翻地覆”，给时空的纤维传递了波动的能量，就像大海中的潮汐能一样，那么“引力能”似乎就不是物质本身的能量特性。本作者唯一能做的思考就是从物理哲学角度出发，给出一个多少有创建性的结论，即：物质和能量之间的转化不仅是可能的，而且转化的形式是多种多样的，既有物质和核能、电磁能之间的相互转化，也有物质和引力能之间的相互转化。当然“引力能”是不是也能转化为质量？还是一个问题。不同形态的物质和不同形态的能量之间存在多种多样的转化方式，这一推断应该是物理哲学史上的第一次。

（邓如山2016-3-2）

（Masscanbetransformedintotheenergyofgravitationalwave?）

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