机械波不同于光波，电磁波不同于引力波，光波是一种电磁波，引力波既不是电磁波，也不是机械波。波动力学的创始人、物质波理论的创立者、量子力学奠基人之一的法国理论物理学家德布罗意在1924年的博士论文中提出了“物质波”概念，根据他的理论，我们可以将机械波、光波和电磁波、引力波统一称之为物质波的不同形式。物质波是一个普遍性的概念，而声波、地震波等是一些特殊类型的波，物理学家在物质波的共性之外，需要研究物质波的个性，存在不同类型的物质波物理学，诸如：声波物理学、地震波物理学，它们包含了丰富的内容和独有的属性。在理论阐释和物理实验中去发现不同种类的波动规律，足以让每一位物理学家和科学探索者耗费一生的精力。由于电磁波和引力波有几分相似的性质，一些物理学家甚至认为引力辐射是一种电磁辐射，而引力波的发现成为目前物理学研究最热门的领域，因此，本作者“简明扼要”地比较了一下电磁波和引力波的属性，提出一种“弱等效原理”的概念，将电磁波和引力波定义为一种“弱等效原理”的相互关系。

电磁波和引力波的发现过程有相似之处。从1831年开始，法拉第通过一系列“土法上马”的实验，发现了电磁感应现象，成为了现代发电机的始祖。“工人科学家”法拉第还提出了力线与场的概念，认为电磁场同我们日常活动所感知的具体实物，比如：空气、土壤一样具有客观实在性，现代物理学家提出的“场论”，比如：量子场论、统一场论、能量场论、质量场论等多半超越了社会大众的理解能力，不像法拉第那样“通俗易懂”，对“场论”进行了直观而形象的描述，我们可以将法拉第看成是物理场论的开创者，就像文学概念的“鼻祖”、或经济管理学概念的“创始人”。1864年，英国物理学家麦克斯维在总结法拉第等物理学家电磁研究成果的基础上，建立一套完整的电磁学理论，预言了电磁波的存在，麦克斯维由此被人们称为电磁学领域的牛顿。1887年，德国物理学家赫兹在实验中证实了电子波，在赫兹的电磁波实验之后，其他物理学家又进行了多次实验，不仅证明了光是一种电磁波，而且发现了不同形态的电磁波，本质相同、波长和频率不同的电磁波组成了“家族”，不同波长和频率的电磁波排列成电磁波谱，每一个波段的电磁波按照频率由低到高的顺序依次为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X—射线和伽马射线。电磁波的发现历程可以简单地概括为麦克斯韦在电磁方程的基础上预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在。

电磁波的发现为人类带来电子技术的时代，1895年出现无线电，1901年发明无线电报，1906年实现第一次广播，1925年出产电视，1935年使用雷达，现在的互联网、移动通讯、GPS定位等“日常科技”已经进入普通百姓的生活，电磁波在人们的生产和生活中像“影子”一样，无时无刻地伴随着我们。从1864年电磁波的预言到2016年的今天，一个半世纪过去了，电磁波技术的广泛应用使得人类文明交往的方式发生了翻天覆地的改变，电磁波物理学变得“家喻户晓”，成为中小学教科书的经典内容。电磁波是电磁场的一种运动形态，电可以转换为磁、磁可以转换为电，变化的电场和变化的磁场形成一个不可分离的“统一场”，其中低频率的电磁波对应较长波长的电磁波；高频率的电磁波对应较短波长的电磁波。引力波的发现同样是先有理论预言，后有实验证实，只是证实引力波的预言比证实电磁波的预言难度更大、花费的时间更长。从电磁波的预言到证实用去了二十三年，而从引力波的预言到证实用去了一百年。爱因斯坦在1915年11月发表了经典论文《引力的场方程》，标志了广义相对论的建立，他在论文中继承了法拉第、麦克斯维关于场的理论，同时利用黎曼几何建立描述引力与时空结构作用的引力场方程。依据广义相对论，物质和运动使得时空几何发生弯曲，1916年6月，爱因斯坦通过对引力场方程的分析，发现引力源的质量四极矩能产生引力辐射，会像电磁波一样以光速向外传播，这种时空的涟漪被称为引力波。

爱因斯坦曾经认为引力波由于太弱而无法探测，目前只有宇宙极早期剧烈的时空涨落，大质量的天体发生碰撞、并合或者爆发才能产生足够强的引力波信号，因此，引力波难以检测的主要原因是在地球上能够接收的引力波信号十分微弱。2016年2月，包括中国科学家在内的LIGO国际合作团队宣布他们首次发现了引力波，他们使用了体现现代量子测量技术最高水平的激光干涉仪，检测的精度达到了令人难以置信的程度，在一个引力波事件经过地面观测站时，干涉仪的激光“臂长”改变了一个质子直径的千分之一。将电磁波与引力波的发现进行一番对比后不难看出，电磁波物理学已是“顺理成章”，电磁波技术广泛地应用到国民经济和人们的日常生活之中，引力波的发现则是“起步之年”，理论分析的引力波物理学需要得到观测和实验的检验，尽管有一些物理学家开始探讨引力波的应用前景，提出了诸如：引力波通讯技术的概念，但是，从引力波的检验到引力波的技术应用需要漫长的时间，不可能在短时间内达到电磁波技术的应用水平。电磁波的发现很快地转换成技术上的应用，但是，引力波的发现不会“如法炮制”，人们最有希望看到的是引力波物理学在天文上的应用，从极端天体和天体的极端运动中产生的引力波包含了这些事件的信息，使用其它的天文观测方法不能获得这样的重要信息。

电磁波的传播速度等于光速，光是一种电磁波，电磁波是横波，电磁波有自身的反射、折射、散射以及干涉、衍射、偏振等现象，携带电磁辐射的能量，我们可以将不同频率和波长的电磁波分为无线电波，红外线，可见光，紫外线，X射线，γ射线，将无线电波按波长细分为长波、中波、短波和微波四种。引力波的传播速度同样等于光速，引力波是横波，在远源处为平面波，有两个独立的偏振态，携带引力辐射的能量，引力波有许多频段，比如低频、中频、高频。电磁波和引力波有“物质波”形式上的相似性，这是本作者提出它们之间存在“弱等效原理”的理由。然而，电磁波和引力波不存在任何意义的“强等效原理”，因为它们是两种性质截然不同的“物质波”，电磁波及其一系列性质是麦克斯韦电磁场理论给出的预言，已为包括赫兹实验在内的无数实验所证实；引力波及其一系列性质是爱因斯坦广义相对论给出的预言，仅仅得到LIGO国际合作团队的首次证实。

电磁波和引力波的不同还有：电磁波是电磁场扰动的传播形式，引力波则是时空扰动的传播形式；电磁波源于电荷，引力波则源于质量，加速运动的物体产生引力波，或者一个质量系统分布的不匀且随时间发生变化时产生引力波；电磁波依靠光子传播，引力波则依靠时空涟漪传播.；电磁波携带的热辐射能够被物质吸收和反射，引力波携带的引力辐射能量不能被物质吸收和反射。电磁波由振源发出电磁振荡并在空间传播，靠的是电磁场的内在联系和相互依存，变化的磁场激发电场、变化的电场激发磁场。引力波的本质是时空曲率的波动，在引力波经过的地方，时间和空间变得像橡皮筋一样有弹力，产生压缩和拉伸的变形，将平滑的圆筒状时空变得像蚯蚓一样“蠕动”。虽然电磁波和引力波都能在真空中传播，但是，电磁波是电磁场的运动，而引力波则是引力场的运动。由于电磁波和引力波只是存在形式上的相似性，两者包含的物理内容有根本的差别，因此，如果要建立电磁波和引力波的“统一场”理论，只能建立在“弱等效原理”的基础上。

（邓如山2016-12-27&160;邮箱：[email protected]&160;）

（Itisexisted“weakequivalenceprinciple”betweenGravitationalwaveandelectromagneticwave）

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