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引力波知多少

日期:2022年07月08日

       引力波的发现给广义相对论带来了完整的结论。我们知道广义相对论预言了很多现象, 而预言的引力波已经被半遮半掩了一百年。例如, 2015年, 科学家宣布在南极设立的望远镜捕捉到了引力波的痕迹, 但随后认为该信号是由尘埃干扰引起的。引力波的这一真正发现, 使广义相对论的正确性更加不容置疑。好吧, 我们实际上还有很多关于引力波等新事物的问题要问。与天文望远镜相比, 引力波观测有哪些优势?引力波的发现, 使天文学家在探测宇宙的手段上又上了一个新台阶。以这次探测到的引力波为例, 它来自于13亿光年外的两个黑洞的合并。这两个黑洞的直径都不大, 不超过150公里。我们目前还没有其他探测方法可以探测到如此遥远的小天体。比如用光学望远镜, 13亿光年外的天体, 更不用说两个小黑洞, 我们看不到整个银河系。也许, 最有趣的是, 引力波的探测有助于我们追溯宇宙的早期历史。
       大爆炸之后, 宇宙经历了一个持续约 38 万年的黑暗时期。那时, 宇宙中的物质还没有冷却到能够发射和传播电磁波的程度, 整个宇宙一片漆黑。天文学家对宇宙的这段历史只有模糊的理论猜测。
       但理论上, 从大爆炸的那一刻起, 背景引力波已经渗透, 引力波几乎不与物质相互作用, 穿透能力很强, 所以如果我们以后探测到这些背景引力波, 或许可以窥探宇宙更早的历史, 然后回答诸如宇宙是否曾经发生过爆炸之类的问题。
       引力波能按时作用吗?我们已经知道, 引力波实际上是时空本身的波动。空间的波动不难理解, 无非就是长度的膨胀和收缩, 但时间的波动怎么理解呢?时间的波动, 确实不如空间的波动那么具体。我们可以这样理解:假设空间中有A、B两点, 当引力波来临时, 使两点之间的距离膨胀和收缩。这是空间的波动。但是我们知道光速始终是恒定的(相对论的一个基本假设),

所以光从 A 点到 B 点的传播时间越来越短。这相当于时间的波动, 或者说引力波对时间的影响。
       我们也可以换个角度来理解。根据广义相对论, 引力场的强度会影响时钟的速度。两个校准的时钟, 一个用于弱重力, 另一个用于强重力, 最终你会发现后者比前者走得慢。这就是重力的时间膨胀效应。而引力波经过的地方会引起引力场的变化, 那么自然也会引起时间的波动。引力波的速度是多少?它们会比光速还快吗?波需要速度才能传播, 引力波也不例外。根据广义相对论, 引力波的速度度是光速。但这只是一个理论上的假设, 因为只有当它被假设时, 广义相对论才是最简洁的。不过, 在实验验证之前, 当然不能排除小于光速的可能性。但绝对不可能让它超过光速。因为相对论的一个前提是光速是物质运动和力传递的极限。引力波是由广义相对论预测的。如果引力波的速度小于光速, 则可以得出另一个结论。根据量子理论, 所有的力都是通过粒子传递的。例如, 电磁力是通过光子传递的。光子没有静止质量, 以光速传播。长期以来, 科学家们一直认为重力是通过引力子传递的。如果引力波的速度是光速, 则引力子的静止质量为零, 但如果速度小于光速, 则引力子有静止质量。
       引力波的速度是否等于或小于光速应该是未来可以验证的。引力波的发现是否让我们更接近时间旅行的梦想?需要注意的是, 引力波与时间旅行无关。因为时间旅行需要比光速还快, 只有发现比光速还快的东西, 我们才能谈时间旅行, 而在上面的 Q波是如此微弱,

而引力波和声波是两种性质完全不同的波, 所以人耳当然听不到引力波。但是在实际探测中, 引力波已经通过电子仪器转化为电信号, 很容易将电信号放大, 转化为声音信号。这样, 人耳就可以听到引力波了。 .如果引力波击中你会发生什么?引力波是遍布太空的波, 当它们撞击美国的引力波探测器时, 它们会同时撞击地球上的每个人。如果将引力波的传播方向设置为三维坐标的Z轴, 当引力波撞击你时, 你的身体会在垂直于这个坐标轴的X方向上略微拉长, 而在Y方向上,

你的身体会略微伸展。身体微微收缩。然后, 依次在X方向收缩, 在Y方向伸长;来回摆动直到引力波消失。但事实上, 即使你的体型有几公里高, 变化也不会超过一个原子核的大小, 所以你是无法感知到变化的。我们可以通过引力波与外星人交流吗?正如我们之前提到的, 地球上的人们需要非常大的物体急剧加速或减速才能探测到像这样的微弱引力波。据科学家目前所知, 这种情况只有在两颗中子星或黑洞合并时才会发生。当然, 中子星或黑洞上存在外星人是不可想象的。另外, 如果外星人真的可以利用引力波来搜索我们, 那就说明他们比我们文明多了。存在在这种情况下, 正如霍金之前建议的那样,

我们不妨不回复, 免得我们把狼引入房间。

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