引力波是一种由于天体运动而产生的时空弯曲的波动现象。它是爱因斯坦广义相对论的预测之一,直到2015年才首次被直接探测到。引力波的发现开启了全新的观测窗口,因为它能够传递天体在与其他物体互动过程中释放的能量和动量信息。通过研究引力波,我们可以深入了解宇宙暴力事件(如黑洞合并、中子星碰撞等)的演化过程,揭示宇宙的本质和形成历史。此外,引力波也有潜力用于精确测量、探索宇宙的表面并推动科学技术的进步,具有巨大的科学和应用价值。
一:什么是引力波 有何使用价值
引力波的作用:
引力波也称重力波,引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,是时空曲率的扰动以行进波的形式向外传递的一种方式。如同电荷被加速时会发出电磁辐射,同样有质量的物体被加速时就会发出引力辐射,这是广义相对论的一项重要预言。
引力波的用途:
1、验证了已故科学家爱因斯坦的预言。如果引力波不被发现,爱因斯坦的理论就如同缺了一条腿的凳子,是有漏洞的。引力波的发现,拟补了爱因斯坦的广义相对论的漏洞,也确定了他的理论的正确。
2、引力波的发现类似当年的发现X光一样,是一种工具。有了这个工具,可以利用引力波的观察,去观察遥远的宇宙的现象。发现暗物质、时空穿梭等等才是有可能实现的事情。
3、引力波不同在于,引力波的周期要长得多,同时也微弱的多,能观察到引力波,至少要具备一定的技术水准,观察到引力波说明在这个领域人类的技术进步到了前所未有的水平。
4、随后是新用途:如果引力波被证明拥有雷管鸡预言的性质,那它将大大改变生活。目前所有的太阳能电池都将变化雷管鸡锥形,那时所使用的太阳能发电将是现在的5倍。
5、引力波的发现将会改变物理界,对整个人类发展将会起到巨大变化,人类,将会步入引力波世界。
扩展资料:
引力波的特点:
引力波应该能够穿透那些电磁波不能穿透的地方。所以猜测引力波能够提供给地球上的观测者有关遥远宇宙中有关黑洞和其它奇异天体的信息。而这些天体不能够为传统的方式,比如光学望远镜和射电望远镜所观测到,所以引力波天文学将给有关宇宙运转的新认识。
尤其,引力波更为有趣的是,它能够提供一种观测极早期宇宙的方式,而这在传统的天文学中是不可能做到的,因为在宇宙再合并之前,宇宙对于电磁辐射是不透明的。所以,对于引力波的精确测量能够让科学家们更为全面的验证广义相对论。
参考资料
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二:什么是引力波?
2016年6月16日凌晨,LIGO合作组宣布:2015年12月26日03:38:53 (UTC),位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号。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。
在1916年,爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果,因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。引力波的波源:
1、旋进(In-spiral)或者合并的致密星双星系统。比如中子星或者黑洞的双星系统。非常类似于发布会当中的系统。
2、快速旋转的致密天体。
这类天体会通过周期性的引力波辐射损失掉角动量,它的信号的强度会随着非对称的程度增加而增加。可能的候选体包括非对称的中子星之类的。
3、随机的引力波背景。
非常类似于我们通常熟知的宇宙背景辐射,这一类背景引力波,也通常叫做原初引力波,它是早期宇宙暴涨时的遗迹。
4、超新星或者伽马射线暴爆发。
恒星爆发时非对称性动力学性质也会产生引力波。而直接探测到来自于这些天体的引力波,将是提供对这些天体最直接而且最内部的信息。
三:什么是引力波,有哪些性质
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早在百年前,爱因斯坦就曾预言:宇宙中存在引力波!但是当时人们根本参不透,这位“科学怪人”脑中的宇宙究竟什么样。
如今,引力波被证实确实存在!今天我们就来聊聊,引力波到底是什么。
爱因斯坦的预言
1915年,爱因斯坦在认识到引力,是一种非常特殊的相互作用后,提出了广义相对论。其着重指出引力的本质,就是时空弯曲!
次年,也就是1916年,爱因斯坦又提出并论证了引力是以波的形式进行传播的。这就是爱因斯坦预言宇宙存在引力波的由来。
我们不得不佩服,这个智商天花板的男人,早在百年前,就预言了引力波的存在。要知道以那时的科技水平而言,根本无法探测到引力波。
而且爱因斯坦十分具象地提出,引力波以光速传播,时空也不是均匀平整的,而是变化弯曲的!
要知道他所打破的,不仅仅是一个认知,还有曾经被奉为“完美真理”的牛顿经典力学!
当年,牛顿被落下的苹果“砰”的一声,砸出了“万有引力”定律。谁也没有想到,这习以为常的现象背后,竟然包含着宇宙万物运行的规律!
随后通过对力学的不断研究和探索,牛顿凭借三大定律,获得了近代物理不可撼动的学术地位。那爱因斯坦又是怎么走出巨人的权威,发现引力波的呢?
最初,爱因斯坦对于引力波的构想,只是源于脑中的一个“灵光乍现”。
随后通过对弱引力的线性化处理,将用黎曼几何写出来的引力场方程进行简化,从而推导出了纯理论的引力波方程。
也就是说引力波的提出,源于类似数学上电磁波方程的方程式推导,而非真实的实验观察。
于是,学术界关于引力波是否真的存在,多年来还是持怀疑态度的。即使有爱因斯坦这样的物理大神背书,人们还是更相信“眼见为实”。
就好像千百年前,古人不知道地球有多大,所以一直认为天圆地方,陆地是平的一样。那引力波究竟是什么呢?
引力波到底是什么
假如爱因斯坦和牛顿两位物理学大神,因为学术问题扭打在一起,你站谁?
在牛顿的经典力学中,时间是匀速向前的,空间也是均匀拓展的。
时间和空间的绝对性,决定了宇宙具有平稳持续扩散的规律性,根本不可能存在什么起伏,因为人类千百年来的平稳生活空间是肉眼可见的。
但爱因斯坦却不这么认为。在爱因斯坦的广义相对论中,时空会发生扭曲,宇宙也并非平坦无际。他认为,整个宇宙充满了以光速扩散的引力波。
只要是有质量的物体,就会使其周围的时空发生扭曲,质量越大,时空扭曲越厉害。
后者的科学视野,一下子就把常年注视于天体运行规律的科学惯性,转移到了存在于天体周围的广袤空间中来。
随着爱因斯坦细致而严谨的论述和推导,物理学界也开始逐步认同,并接受了这位伟大的物理学巨人的观点。那引力波究竟是一种怎样的存在呢?
简单理解,引力波就好比我们向水面投掷石块,荡起的涟漪一样。又类似于地震发生时,检测仪表上逐层向外扩散的波浪线。
其扭动的幅度和频率,就是引力波的振幅和频率,所以如果能测量到天体的扭动,便可以测量到引力波了。
但是,实现测量的最大阻碍,就是天体之间动不动就数万光年的距离。即便是宇宙中最强的引力波,传导到地球,振幅也不过亿万分之一纳米罢了。
所以如果想捕捉到较为强烈的引力波,就必须有预见性的,对准某一深空,并凭借运气观测到质量巨大的天体之间发生灾变,从而相互作用,加速运动。
例如,找到来自宇宙深处,黑洞融合所产生的噪声等。当然,这个概率可以说是相当小的。
因此,需要特别指出的是,即便是认为引力波肯定存在的爱因斯坦,当年也觉得人类可能永远也无法探测到引力波!
但天才就是天才,他们超前的科学视角,注定是一般人短时间内无法理解的。就好像真理永远是真理,它一定经得住时间的考验。
当初,令人“一头雾水”的预言,如今却被天文学家证实:宇宙中存在的引力波,已被清晰地探测到了。
“时空涟漪”确实存在
爱因斯坦的引力波预言被证实,“时空涟漪”的褶皱里有什么?是高维度空间,还是多重宇宙?
地球只是茫茫宇宙的一粒尘埃,质量庞大的天体运动,离我们实在太过遥远,而近距离的物体,在加速运动的情况下,产生的引力又十分微弱,所以近百年来,物理学界一直都对引力波是否真实存在心存疑虑。
不过1974年,科学界就有了进一步的发现。被命名为PSR1913+16的脉冲双星的发现,证实了致密双星系统的引力辐射,与广义相对论的预言完全一致。
2016年2月科学合作组织,更是通过多年来对一组13亿年前,就开始的双黑洞碰撞与并合的观测,向全世界宣布:人类首次观测到,并直接探测到了引力波!
这两个黑洞的原初引力波,来自于138亿年前的宇宙大爆炸。他们一个相当于36个太阳质量,一个相当于29个太阳。
两个黑洞在融合前,彼此相互旋转,随着距离的靠近,旋转速度逐渐加快,部分能量以引力波的形式被释放。
当二者合二为一,形成了一个62个太阳质量的超级黑洞。那散失的3个太阳质量,就是合并的数百万年来,以光的速度向宇宙传递出的引力震动。
不仅如此,科学家还在黑洞合并后,二次探测到了引力波。
至此,整整一百年后,爱因斯坦的预言被证实。那有人就会问了,质量如此大的天体,为何会“浮”在太空,不会“沉”下去呢?
这是因为,宇宙中不仅有引力波,还存在引力场。大质量的星体,虽然压弯了宇宙的平面,但是其曲率的空间也是非常广的。
就好像一个滚落于蹦床的铁球,悠长而弯曲的宇宙平面,会将星球托起来不让其下沉。
而身处地球的我们感受不到宇宙的涟漪,只不过由于宇宙范围太大,即便是宇宙中密度最大的天体,超大质量的中子星发生剧烈的相互运动,其释放的引力短时间内也很难到达地球。那这些弯曲荡漾的时空里又有什么呢?
有人说,如果引力波扭曲的时空褶皱能被展开,或许四维空间将不再遥不可及,甚至多重宇宙的存在也不是没有可能。
届时,我们或许能够轻而易举地摆脱天体引力的桎梏,借助引力波实现梦幻般的时空穿越,听起来是不是很令人期待呢。