照亮我心灵的灯塔 照亮地球内部的灯塔

　　俄罗斯地震学家伽利津曾将地震波比喻为短时间照亮地球内部的一盏灯，如果这种地震波可以长时间照亮地球内部，并且光线射得更远、照得更亮，那么，这种地震波就是地震弧波，它已经不只是一盏明灭不定的灯了，而成了一座可以恒久照亮地球内部每个角落的巨大灯塔。
　　
　　两次踏进同一个弧波
　　
　　地震弧波可以看成是由波、地震波和弧波合成的。波是扰动或振动通过空间和其他介质传播的物理现象，如果这个介质是地球，就是地震波。依靠地震仪接收天然地震或人工地震产生的地震波，经过放大、记录和分析，可以间接观察到地球内部的情况，就好比从鼓声可以听出鼓的形状。由于不透明的地球岩石、土壤阻挡了可见光和无线电波。x光、r射线和超声波等可以照穿人体。但照不穿比人体更大更密实的地球，所以现在人类对地球内部的探测主要借助地震波。
　　弧波又是什么呢?水无常形，一个人不能两次踏进同一条河流，用水流和水的波动来形容它的迁移不定、变动不居是最合适不过的了。但如果河流里涌现出一堆水波，它能长久地保持原有的形状、幅度、速度，遇到阻碍、干扰也不会弥散、瓦解或改变，这就是弧波。一个人不能两次踏进同一条河流，却可以两次踏进同一个弧波。
　　自从英国工程师约翰・罗素在爱丁堡附近的尤宁运河发现了第一个弧波。它已经从液体扩展到了气体、固体、等离子体，在物理学的光脉冲、化学的化学振荡波、生物学的神经信息传递中处处能看到它的身影。它事实上就是一大类范围广泛的“随机成群效应”：天上的星星随机分布，但数量太多就会出现规。则的美丽星座；地上的人们只要有六个聚在一起，至少就会有三个人互相都认识或互相都不认识。一切杂乱无章、混沌无序中出现的自组织的相干结构，都是这一类效应。地震波是地球作为介质受力振动而形成的机械波或弹性波，也应该能够产生弧波。
　　
　　地震弧波优点多
　　
　　相比地震波，地震弧波有些什么优点呢?首先地震弧波容易识别，它稳定不变的形状、幅度、速度仿佛就是它的身份识别标志，这种标志可以是独一无二的。地球平均每天发生10 000多次的天然地震，还有其他各种原因导致的自由振荡，这些地震和振荡绝大多数是人体感觉不到的微震，但灵敏的地震仪都能够接收和记录。只是不同的地震波衰减、变化后往往互相混杂，很难找出规律进行分析。地震弧波却仿佛在身上贴了一张标签，便于科学家对其追踪。随时定向定位，找出传播规律。
　　其次，地震弧波可以将局限在低频范围探测地球内部的地震波拓展至高频。地震波的波长就好比一个人的步幅，腿短的矮个子步幅小，难以迈过高坎或宽沟，要么磕磕碰碰的(被地下物质的界面反射、折射)；要么跌落沟底(被地下物质吸收)。如果是腿长步幅大的高个子，就可以轻松地跨越过去。所以地震波要穿透地球，频率高、波长短了不行。而地震弧波波长虽短，但因为能量不易耗散，屡经反射、折射仍然不走样，撞了南墙就回头，回头还要再撞墙，百折不挠，两个弧波还可以互相穿透过去而不变形；如果跌落沟底了，哪里跌倒哪里爬起，不会就此一蹶不振甚至粉身碎骨。所以即使磕磕绊绊、跌跌撞撞，照样可以像高个子一样走很远的距离。
　　最后，常规地震波频率越低，波长越长，传倒是传得远了，但与地下各种物质的作用也就很小，负载的可供我们分析利用的信息量就少。而地震弧波在传播远的同时波长又很短，它与地下各种物质的接触碰撞和其他作用就会相当频繁和细腻，能提供给我们更多有用的信息。地震弧波尽取了各种波长的地震波之利，又无其弊。
　　人类至今没有在天然地震中发现可供利用的弧波，只能考虑由人工地震激发弧波，这就要依靠一些相当特殊的技术手段。虽然这些手段往往只是理论上的大胆猜测，但也不是没有可行性的。
　　
　　怎样激发和产生地震弧波
　　
　　第一种是类比光子，在所有类型的弧波和弧子中，可能只有光子是最为成熟的技术，已经在光纤通讯中得到应用。光纤中的一束光是由不同频率的波组成的，频率不同，传播速度也不同，快的快慢的慢，会导致光波整体出现扩散，信号畸变，这叫“群速度色散”。就像开始时聚成一个团队出发的长跑选手，由于速度不同，会很快互相拉开距离，无法保持队形。这时如果有一个保存实力后发制人的选手突然加速，从最后面冲到最前面，带动了整个队伍一起加速，队形又会收拢，这在光纤中叫“自相位调制”效应，与“群速度色散”恰好抵消，使光波不再扩散畸变，就形成了光弧子。在地震波中寻找与此类似的效应而产生地震弧波，应该是一种最简便也最自然的思路。
　　第二种是类比自激振荡电路的正反馈效应，通过某种方法使地震波的振荡不断加强。在需要接收的地方形成一个固定的回路，就是一个地震弧波。
　　第三种是类比更广泛的非线性耦合作用，地震波是由各种频率的波叠加成的，依靠非线性耦合作用，经历足够长的运动过程，总会回归到最接近开始的状态，从而把这些不同频率的波久久地维系在一起，形成地震弧波。常规地震波中的纵波和横波已经可能存在这种非线性耦合作用，地震波产生纵波的同时一般也产生横波，横波只能在固体传播，不能像纵波一样通过气体液体之类的流体，也不能通过外地核，因此可以认为外地核是液态的。但横波到了固体的内地核又出现了，既然它不能通过外地核，那又是怎么传播到内地核的?这就有可能是纵波依靠与它的非线性耦合作用，把它携带过外地核的。这种非线性耦合作用的范围可能是无穷大，这时的地震波可以看做只有一个波峰的波，波长是无限长，就成了弧波；也可看做是一个波长无限短的“极频波”。这样可以进一步解释为：地震弧波的波长无限长或无限短，横波是在无穷远处或无限深处绕射过外地核的。另外，人们熟知的“费米一巴斯塔一乌拉姆”谐振子实验和动力系统中著名的庞加莱回归(庞加莱循环)定理也都可能表现了这种非线性耦合作用。
　　第四种是利用异常散射态材料实现“反多普勒效应”(近期英国物理学家塞东和比尔帕克已经成功演示了这种效应)，与多普勒效应结合产生地震弧波。
　　第五种是将地震波类比玻色子，地震弧波类比费米子，利用量子效应将玻色子转变成费米子。要从玻色子转变成费米子，有多种途径，其中之一是想法把玻色子安到一个存在排斥势能的“座位”上，排斥势能使一个“座位”挤不下两个玻色子，这样它就变得和费米子一样满足所谓“泡利不相容原理”，玻色子和玻色子之间有了身份差别，相当于成了费米子。换到地震波和地震弧波上，就相当于让地震波的振动受到某种位置上的限制，使它们区分开来，成为地震弧波。还可以把玻色子看做一种连续测量出来的“量子芝诺效应”，如果不测量它，它是什么样子我们无从知道；如果连续测量它测得太快，它上一次测量后状态还来不及改变，我们的下一次测量又来了，看到的自然还是上一次测量的老样子，这使得所有的玻色子好像都处在同一个状态。如果我们的测量拉开适当的间隔，刚好在它改变状态的时候测量，这一次测量的玻色子和上一次测量的玻色子就不一样了，不能处在同一个状态的玻色子就相当于费米子。换到地震波和地震弧波上，就相当于让地震波的振动不断受到测量的微扰，使它每次将要弥散时又重新聚拢来，成为地震弧波。
　　第六种是直接类比量子的波粒二象性，弧波在波动中呈现刚性粒子的特征与量子的波粒二象性更相像。波粒二象性能够导致量子纠缠，两个有共同来源的粒子无论分开亿万光年的距离，仍然可以在瞬间同步行动，像有一种超光速的信号把它们关联、纠缠在一起，这时两个分开的粒子可以看作波，即弧波，而它们作为整体只是一个弥散在亿万光年的常规波。一种解释是：在波粒二象之外有一个隐藏更深的联系波粒二象的“隐变量”，波粒二象性其实是“波粒隐三歧性”，量子通过隐变量纠缠起来，波通过隐变量成为粒子，地震波同样也可以通过隐变量变成地震弧波。这可能是最深刻也最宽广的思路了。
　　
　　地震弧波用处大
　　
　　发现天然地震中的弧波将对地震预测和预警有很大作用，因为弧波的传播速度要比常规地震波快，如果提前接收到地震弧波，就可以紧急疏散人员，采取其他抗震防震措施，将灾害损失减到最小。此外，作为对地球内环境进行遥感、遥测的首选方案，地震弧波并不比另一个候选对象中微子cT扫描更现实可行。但一旦实现，它的作用将会比中微子CT更大。因为人类如果要发射人造地球内卫星甚至亲临地下深处探险，那么，它就不仅仅是一座导航的灯塔，还可以成为发射人造地球内卫星和航地飞船的强劲动力源。
　　
　　(盛文娟插画)