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时空弯曲的涟漪让人们离宇宙真理更近?

编辑:华体会体育-app官网下载时间:2022-09-23 09:14点击量:81

  了一个全新的时代引力波的证实开启,今如,研究的日渐深入随着对于引力波,让人们离宇宙真理更近以光速传播扰动时空也。

  16年19,发表论文爱因斯坦,力波的存在预测了引;世纪后一个,9月14日2015年,IGO”激光干涉仪首次探测到了黑洞合并事件位于美国华盛顿州和路易斯安那州的“先进L,力波信号GW150914人类终于成功探测到的引。

  《朝闻道》中刘慈欣的小说,文明“排险者”造访了地球掌握宇宙终极理论的外星,得到这本终极真理至于排险者如何,是引力波答案就。以说可,了一个全新的时代引力波的证实开启,今如,研究的日渐深入随着对于引力波,让人们离宇宙真理更近以光速传播扰动时空也。

  力波引,坦的广义相对论来源于爱因斯。论发现物质和能量是等价的如果爱因斯坦的狭义相对,中的物质决定了时空的形状那么广义相对论则宣告运动。扰动以行进波的方式向外传递的一种方式引力波的专业说法是:四维时空曲率的,应该叫曲率波所以引力波更。来理解简单,空弯曲的涟漪引力波就是时,辐射源向外传播通过波的形式从。

  质量告诉引力场如何形成如果说牛顿的理论是“,量如何运动”引力场告诉质,物质告诉时空如何弯曲那么广义相对论则是“华体会体育,质如何运动”时空告诉物。之所以伟大爱因斯坦,对时间和空间的思维范式就在于他两次改变了人类。我们时空一体第一次他告诉,相对同时,们时空是弯曲的第二次则告诉我。

  什么会弯曲至于时空为,坦认为爱因斯,义相对论基于广,物质分布情况下在非球对称的,运动物质,量分布发生变化或物质体系的质,布改变时即物质分,相应变化时空也会,的形式以光速传播这一变化会以波动,力波即引。

  如比,面上放一个皮球在一个平静的湖,面就是一个弧形皮球之下的水,量引起时空弯曲这就叫物体质;仍然是平静的但此时湖面,么水波出现并没有什。再放一个皮球我们在旁边,不动它只要,水波出现仍然没有。湖面互相绕着转动但如果两个皮球在,播如果我们把湖面视作时空湖面就会产生水波向外传,么那,就是时空的波动湖面产生的水波,引力波也就是。

  一下试想,某个地方在宇宙的,发生了碰撞两个黑洞。的最后几秒钟里在碰撞发生前,终接触点完成了数千次的旋转它们在引力作用下一起绕着最,了剧烈振荡使时空发生。之后碰撞,合并到一起这两个黑洞,更大的黑洞形成了一个。合并时黑洞,则以纯引力无数能量,力波的形式也就是引,四周传播不停地向,漪这种高强度的引力波时空受到扰动而泛起涟,传播到地球总有一天会。

  然当,义相对论根据广,程中是不断衰减的引力波在传播过,从黑洞合并处向外传播也就是时空一弯一曲地,动得特别厉害刚开始弯曲扰,空的扰动就越小但传得越远对时。离地球10亿光年假设合并的黑洞距,了地球就衰减得难以测量这也是为什么引力波到,形也微乎其微的原因对地球物体产生的变。

  在黑洞附近时当引力波还,的强度为1假设它们,是说就,有多大物体,伸或压缩多少它就把物体拉。而然,地球时到达,0黑洞周长)/(波经过的距离)引力波的强度将减小到约(1/3。0个太阳那么重的黑洞来说对一个10亿光年远、1,洞周长)/(到地球的10亿光年)10-21引力波强度为(1/30)×(180千米的黑。此因,×(107米的地球大小)=10-14米它使地球海洋发生的形变就为10-21,直径的10倍仅仅是原子核。

  么微小的潮汐是完全没有希望的想在地球汹涌的海洋上测量这。过不,器来测量引力波的潮汐力通过周密设计的实验室仪,就是引力波探测器还是有希望的那,的干涉原理即利用光,的干涉波形图样观察引力波造成。的影响下在引力波,光波波形变化会出现微小的,应到干涉条纹的变化这时光探测器就能感。

  预言引力波的存在尽管爱因斯坦曾经,也曾经断言但爱因斯坦,测得到引力波人类不可能。然界四种基本相互作用中这是因为在人类发现的自,弱的一种引力是最,亿亿亿亿分之一只有弱作用力的。日点进动以及引力红移效应在提出以后都陆续都获得证实爱因斯坦广义相对论的其他预言在如光线的弯曲、水星近,科学家的“视线”之外唯有引力波一直徘徊在。

  任务艰巨尽管探测,探测引力波的存在但人们并没有放弃。棒(Weber bars)的仪器完成非常重要的早期工作之一由一类叫韦伯。瑟夫韦伯(Joseph Weber)这类仪器的名字来源于马里兰大学的约,金属圆柱组成它们由巨大的,1米宽大约,米长几。力波穿过地球时人们设想当引,圆柱振动它会导致,敲击铃铛一样就像用木槌。存在时才能引起圆柱振动只有某种频率的引力波。

  棒精确度能达到10-15当年用来探测引力波的韦伯。去十分灵敏虽然听上,天人们熟知的引力波但还不足以探测到今。是于,的基础上在韦伯棒,一种技术来探测引力波研究人员开发出了另,干涉法那就是。71年19,成臂长8.5m的引力波干涉仪雏形约瑟夫韦伯的学生罗伯特弗尔沃德建,小时的探测经过150,的是遗憾,未探测到引力波弗尔沃德也并。

  84年19,与建造了激光干涉引力波天文台(LIGO)美国加州理工学院与麻省理工学院合作设计。99年19,华盛顿州的汉福德(Hanford)分别建成相同的探测器在美国路易斯安那州的利文斯顿(Livingston)与,000多千米两地相距3,一来这样,比对两者采集到的数据就可以通过超级计算机,除许多干扰信息并通过算法来排。

  02年20,第一次引力波探测LIGO正式进行,结束数据搜集2010年。时间内在这段,到引力波并未探测,得了很多宝贵经验但是整个团队获,也有所改善探测灵敏度。至2015年2010年,历了大幅度改良LIGO又经,进LIGO”(aLIGO)升级后的探测器被称为“先,再次开启运作于2015年,o等引力波探测器合作成功探测到引力波终于在2015年9月14日与Virg。

  月14日9点50分45秒格林尼治时间2015年9,引力波探测器的干涉仪中出现了震荡信号位于路易斯安那州利文斯顿的LIGO。了0.2秒的时间这一信号只持续,缩了1/1000个质子大小的尺度它导致干涉仪那条4千米长的悬臂伸。007秒后大约0.,探测器收到了相似的信号位于华盛顿州汉福德的。

  激发了警报这一信号,们立刻毫无疑问地确信操作这一实验的科学家,过地球的引力波他们探测到了穿。年首次直接探测到引力波自1916年至2015,了它100年人类已寻找。8月14日LIGO又先后三次探测到黑洞并合产生的引力波2015年12月26日、2017年1月4日、2017年。

  10月16日2017年,文台和美国宇航局在内包括中国南京紫金山天,人类第一次探测到双中子星并合引力波全球数十家天文研究机构的科学家宣布,宙事件发出的电磁信号并同时“看到”该宇。一例双中子星引力波事件这是人类成功探测到的第,引力波源头的奥秘也是人类首次窥见。

  要而且比较独特的性质引力波有两个非常重。方面一,的物质存在于其周围引力波不需要任何,电磁辐射产生这时就不会有。方面另一,挡地穿过行进途中的天体引力波能够几乎不受阻。如比,会被星际介质所遮挡来自遥远恒星的光,不受阻碍地穿过而引力波能够。

  更多之前从未被观测过的天文信息这两方面的特征使得引力波携带。究引力波通过研,宇宙奇点所发生的事情科学家们能够区分最初。截获这些信息如果人类能够,来研究黑洞、中子星等各种天体我们或许就能够利用全新的手段,宙彼端的故事弄清发生在宇。合适的引力波而一旦寻找到,宇宙膨胀理论找到有利的证据人们将能够为大爆炸理论和。

  号的观测和光谱分析通过引力波光学信,析元素的变化情况科学家们还可以分。如比,“巨型黄金制造厂”中子星并合是宇宙的,探究中子星借助引力波,如何在宇宙的“盛大焰火”中产生的人们就可以窥见金、银等超铁元素是。一次碰撞中子星的,足有300个地球那么重抛出的碎块中形成的黄金。

  如此不仅,宇宙弯曲的一面开辟了道路引力波的证实也为人们发现。虫洞、奇点、引力异常和高维空间的冒险旅程电影《星际穿越》讲述了一场人类经历黑洞、。与时间的弯曲或与弯曲密切相关所有这些物理现象都源自于空间。

  中其,的两点间的一条假想捷径虫洞就是宇宙中相距遥远。个洞口它有两,如例,地球附近一个在,外织女星轨道附近另一个在26光年。的隧道相联结(虫洞)两个洞口通过超空间,1千米长可能只有。近的洞口走进隧道假如我们从地球附,1千米只经过,另一洞口就到达,光年远的织女星旁虫洞就是时光机器出现在(从外面的宇宙看来)26。

  际上实,说家凭空想象的东西虫洞不仅是科幻小,916年早在1,方程的解里发现它了人们就在爱因斯坦场。时那,程刚建立几个月爱因斯坦的场方。定的可穿越虫洞如果能够建造稳,么那,的两端相隔多远在未来无论人们,时的通信和旅行都能实现几乎实。所示如前,时空中的捷径虫洞就是一条,不用穿越横亘在二者之间的空间让我们可以从A地来到B地而。

  而然,前为止到目,曲还不甚了解人类对时空弯,实验和观测数据几乎没有相关的。原因:引力波源自于空间的弯曲这也是为什么引力波尤其重要的,以说可,宙弯曲的理想工具引力波就是探索宇。

  前当,引力波变得习以为常的时代我们正在迅速迈向一个发现。术的发展随着技,有关引力波的新细节科学家也将发现更多,经以为的物理边界并继续突破人们曾。

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