引力波是什么?
引力波在广义相对论里,是时空本身的涟漪,是由带质量物体的加速度运动所生成。由于广义相对论限制了引力相互作用的传播速度为光速,因此会产生引力波的现象。相反地说,牛顿重力理论中的相互作用是以无限的速度传播,所以在这一理论下并不存在引力波。 在1916年 ,爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。1974年,拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒发现赫尔斯-泰勒脉冲双星。这双星系统在互相公转时,由于不断发射引力波而失去能量,因此逐渐相互靠近,这现象为引力波的存在提供了首个间接证据。2016年2月11日,LIGO科学团队与处女座干涉仪团队共同宣布人类对于引力波的首个直接探测结果,其所探测到的引力波是源自于双黑洞并合。2017年,莱纳·魏斯、巴里·巴利许与基普·索恩因成功探测到引力波,而获得诺贝尔物理学奖。2017年10月16日,全球数十家科学机构联合宣布,从约1.3亿光年外,科学家们首次探测到壮丽的双中子星并合产生的引力波,及其光学对应体。引力波是爱因斯坦在广义相对论中提出的,即物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。通俗地说,可以把它想象成水面上物体运动时产生的水波。但是,只有非常大的天体才会发出较容易探测的引力波,如超新星爆发或两个黑洞相撞时,而这种情况非常罕见。因此,相对论提出一百多年来,其“水星进动”和“光线偏转”等重要预言被一一证实,而引力波却始终未被直接探测到。引力波有宇宙初生时的“啼哭”之称,它自宇宙诞生后便一直四散传播,现在可探测到的余响能量非常小,被称为“随机引力波背景”。在“激光干涉引力波观测台”中,科学家便是努力在长达4公里的激光光线中,寻找“随机引力波背景”带来的比一个原子核还小的扰动。
什么是引力波?
科学家们第一次探测到引力波是来源于两个黑洞,在2015年9月14日,这两个黑洞相撞了,这两个质量大过太阳三十倍的存在,相互环绕了几百年,在这几百年的时间里,它们彼此不断靠近,环绕的速度也在不断加快,最终,相撞、合并,形成了一个更大的黑洞。
引力波,就是这两个家伙碰撞前最后的零点几秒,在整个宇宙发出的震动(以光速),经过亿万年以后,在地球被检测到了。这个检测信号被检测到的时间非常短暂,仅有0.2秒。
那么,引力波到底是什么?这就要从引力说起,大家对引力都不陌生,宇宙中无处不存在引力,甚至许多的天文怪象都源自引力。引力,促使两个存在相互拉扯,可以说,你就在拉着地球、月亮、太阳和每一颗星星,而它们也无时无刻在拉着你。物质的质量越大,那么它所存在的引力就越大,两物质距离越远则相互受到的引力越小,反之就越强。这样的,引力引起的波动或反应或变化,就是引力波。为什么许多人形容引力波用水波,因为引力波就是从引起的核心之处向外传播。
但是,小伙伴们千万不要因此把引力波的产生之放在一个平面上去看。爱因斯坦在相对论中提出时说到,他想象引力以曲线传播的平面是时空,物质在时空中造成凹陷,我们可以想象,一个球,放在一个床垫上产生一个凹陷,物质也会在时空 中使得时空产生凹陷,这时候,如果有一个质量更加大的球出现。那之前那个小球就会往大球这边滚动,就好像被吸引了,在时空中,物质越大,凹陷越深,引力越强,当凹陷产生移动,就会引起时空的波动。
如果我们的身体足够敏感,就可以感受到引力波。我们会感受到身体被垂直压缩的同时在 被向 一侧拉伸,而下一秒又马上会在水平压缩的同时也向上向下,当引力波穿过你时,这样的情况就会反复发生。但通常这种拉伸非常小,我们根本无法感受到。所以,科学家们建立探测器,去捕捉引力波。
现如今,引力波探测器已经遍布全世界。一旦探测到引力波,科学家们就可以提取到波源的信息。这就像特殊的频率接收器,频率在我们身边产生,而我们无法感知到。也像一个收音机,无线电波在四周流动,我们却毫无感觉,也无法听到播放的音乐。提取音乐需要合适的探测器。引力波探测器探测信号发送给科学家,以研究数据,从而获取一定的信息。我们可以用扬声器播放信号来听取引力波,那两个黑洞碰撞的声音就像噪音般的啾啾声,科学家称其为滑动口哨声。
在2016年,引力波的发现轰动的全世界。为什么会造成如此巨大的轰动?其一,其证实了爱因斯坦一百年前的预言,许多的重大科学事件并未被同时代的人所认同,引力波被探测就是一个例子。这一重大的发现,填补了广义相对论的缺失。光线的弯曲等广义相对论的预言都被证实,如今,引力波也被证实,这使得广义相对论真正得到了完整。其二,引力波探测器为人类 探索 宇宙带来了新思路和新方向,一种新的探测器的产生,使得我们人类 探索 宇宙的维度再度得到了拓展。最后,这也意味着,人类对宇宙微波背景辐射的测量进入了新的旅程。
ps:今天关于引力波的一些浅说浅谈就告一段落,这里小楼为大家推荐两部相关的书籍《终极理论之梦》和《爱因斯坦尚未完成的交响乐》,对爱因斯坦、对相对论、对引力波等有兴趣的小伙伴可以去阅读,希望能带给你一个好的阅读体验。

