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引力波知多少

2017-10-12 09:24:14  来源:亚洲城官方唯一网站  编辑:

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引力波的发现为广义相对论划上了完满的句号。我们知道,广义相对论预言了许多现象,一百年来,被预言的引力波一直“犹抱琵琶半遮面”。例如,2015年有科学家曾宣布,架设在南极的一个望远镜上捕捉到了引力波的踪迹,但随后却被认为信号系尘埃干扰所致。这次引力波货真价实的发现,让广义相对论的正确性更加毋庸置疑了。

那么,关于引力波这样的新鲜事物,我们其实还有不少问题要问。

相比天文望远镜,

引力波观测有什么优越之处?

引力波的发现让天学家在探测宇宙的手段上提升到了一个新台阶。就拿此次探测到的引力波来说吧,它来自距离我们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,我们目前还没有别的探测手段能发现这么远又这么小的天体。比如说,用光学望远镜,13亿光年外天体,甭说两个小黑洞,就是整个星系我们都无法看到。

也许,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。

引力波能作用于时间吗?

我们已经知道,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,但时间的波动该如何理解呢?

时间的波动理解起来的确没有空间的波动那么具体,我们可以这样来理解:假设空间有A和B两个点,当引力波传来,引起两点间的距离一伸一缩。这就是空间的波动。但我们知道,光速任何时候都是恒定不变的(相对论的一条基本假设),这样一来光从A点到B点的传播时间就时长时短了。这就相当于时间的波动,或者说,引力波对时间的“作用”。

我们还可以从另一个角度来理解。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”。

引力波的速度是多少?会比光速快吗?

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。

如果引力波的速度小于光速,那么还可引申出另一个结论。根据量子理论,所有作用力都是通过粒子来传递的,比如传递电磁力的是光子,光子没有静止质量,以光速传播。长期以来,科学家设想引力是通过引力子来传递的,如果引力波的速度是光速,那么引力子的静止质量为零,但要是速度小于光速,那引力子就有静止质量了。

引力波的速度究竟等于还是小于光速,这一点未来应该是可以验证的。

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。

引力波可以被听到吗?

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。

如果引力波击中你,会发生什么事情?

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。

我们可以通过引力波跟外星人交流吗?

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”。

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