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物理学术语引力波是什么意思?为什么探测到它值一座诺贝尔奖?

  • 2022-05-23 16:56:22 来源:教体产业网综合

引力波是什么?

2017年诺贝尔奖物理学奖颁给LIGO科学合作组织的三位主要成员:雷纳·韦斯(Rainer Weiss), 巴里·巴瑞希(Barry Barish), 吉普·索恩(Kip Thorne) ,以表彰他们直接探测到了引力波。那么问题来了,引力波是什么?发现它又有什么用?为什么探测到它值一座诺贝尔奖呢?关于这个问题,由这篇指南给你做好的解答吧!

操作方法

01

《泰坦尼克号》中杰克和露丝之所以会互相吸引,除了因为爱,还因为质量。在爱因斯坦的描述中,有质量的物体会使它周围的时空发生扭曲,物体的质量越大,时空就扭曲得越厉害。如果你将时空看成一张大橡胶膜,然后往上面放一个露丝,那么她的质量就会把橡胶膜往下压,在旁近放一个杰克,可以看到,露丝球和杰克球分别造成的时空弯曲,让他们俩逐渐滚向了对方并最终亲密接触。这种变化以波的形式向外传播,用听起来很厉害的说法讲,就是“引力波”,换文艺点的说法讲,就是“时空的涟漪”。

02

引力波来自距离我们13亿光年处的两个黑洞的合并。这两个黑洞的直径都不大,不超过150千米。最令人感兴趣的是,探测引力波有助于我们追溯宇宙更早期的历史。在大爆炸之后,宇宙曾经历过一段“黑暗时期”,时间延续大约38万年。那时,宇宙中的物质还没冷却到可以发射和传播电磁波,所以整个宇宙漆黑一片。对于宇宙的这段历史,天文学家只有理论上的一些模糊猜测。但从理论上说,从大爆炸那一刻起,宇宙中就已弥漫着作为背景的引力波,而且引力波几乎不与物质发生作用,穿透能力很强,所以未来如果我们探测到这些背景引力波,或许就能窥探到宇宙更早期的历史,然后回答诸如“宇宙有没有发生过爆炸”等问题。

03

引力波其实就是时空本身的一种波动。空间的波动是不难理解的,无非就是长度的伸缩而已。根据广义相对论,引力场的强度会影响时钟的快慢。两个校对好的时钟,一个拿到引力弱的地方,另一个拿到引力强的地方,最终你会发现,后者走得比前者慢。这就是引力的时间膨胀效应。而引力波所过之处会引起引力场的变化,那么自然,它也会引起时间的“波动”。

04

波的传播需要速度,引力波也不例外。根据广义相对论,引力波的传播速度是光速。但这仅仅是一个理论上的假设,因为只有这样假设时,广义相对论才最简洁。不过在得到实验验证之前,当然也不排除小于光速的可能。但要它比光速快,这是绝对不可能的。因为相对论的一个前提假设是:光速是物质运动和作用力传递的极限。而引力波又是由广义相对论预言的。

05

引力波的发现,是不是让我们离时间旅行的梦想更近了?谨慎地讲,引力波跟时间旅行八竿子打不着。因为时间旅行需要超光速,只有发现超光速的东西,才能谈得上时间旅行,而在上面的问答中,我们已经讲到,引力波的速度无论如何不会超过光速。但引力波的发现,未来或许可以让科学家更深入地研究时空关系,从这个意义上未尝不可以说,这个发现让我们离实现或打破时间来旅行的梦想更近了。

06

我们探测到引力波是如此微弱,再说引力波和声波又是性质截然不同的两种波,所以人的耳朵当然是听不到引力波的。但在实际探测的时候,通过电子仪器,引力波已经转化成了电信号,而把电信号放大之后转化成声音信号又是很容易的,这样一来,人的耳朵就能“听到”引力波了。

07

引力波是弥漫空间的波动,当它“击中”美国的引力波探测器时,也同时会“击中”每个地球人。如果把引力波的传播方向设置为三维坐标的Z轴,当引力波“击中”你时,在垂直于该坐标轴的X方向上,你的身体会轻微地拉长,在Y方向上,你的身体会轻微的收缩。然后,反过来,在X方向上收缩,在Y方向上拉长;这样来回振荡,直至引力波消失。不过,事实上,哪怕你的身体尺寸有几千米高,变化幅度也不超过一个原子核的尺寸,所以你是觉察不到这个变化的。

08

前面我们提到,需要质量非常大的物体在急剧加速或减速时,地球人才能探测到诸如这次那么微弱的引力波。这种情况据科学家目前所知,仅当两个中子星或者黑洞合并的过程中才会发生。而中子星或黑洞上存在外星人,当然是不可设想的。此外,如果外星人真的能用引力波来搜寻我们,那说明它们的文明程度已经远远高于我们了。在这种情况下,正如霍金以前所建议的,我们还是不要回复的好,以免“引狼入室”。

09

引力波可以被用作窥探宇宙深处的工具。由于有几乎不衰减的特性,它能帮我们洞悉整个宇宙的源头。不是某种生物,某颗行星或者某个星系的起源,而是整个宇宙的起源。引力波的存在一经证实,我们将以前所未有的方式看到塑造宇宙的力量。而一旦寻找到合适的引力波,人们将能够为大爆炸理论和宇宙膨胀理论找到有利的证据。

物理学术语引力波是什么意思?

释义:在物理学中,引力波是指时空弯曲中的涟漪,通过波的形式从辐射源向外传播,这种波以引力辐射的形式传输能量。

科技介绍:

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。

主要性质:

引力波引力波以波动形式和有限速度传播的引力场。

按照广义相对论,加速运动的物体会产生引力波。

引力波的主要性质是:它是横波,在远源处为平面波;有两个独立的偏振态;携带能量;在真空中以光速传播等。

引力波携带能量,应可被探测到。

传播速度:经过10多年的持续探索,中国科学家在世界上成功获得“引力场以光速传播”的第一个观测证据。

探测发展:

美国科学家2014年3月17日首次直接探测到宇宙大爆炸第一波震荡,即原始引力波。

2016年2月11日23点30分,物理学家宣布人类首次直接探测到引力波。

观测意义

引力波的观测意义不仅在于对广义相对论的直接验证,更在于它能够提供一个观测宇宙的新途径。

观测天文学从可见光天文学扩展到全波段天文学极大扩展了人类的视野。(综合:三思经验、百度知道)

关键词: 引力波是什么 引力波是什么意思 物理学术语引力波是什么意思 什么叫做引力波

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