文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
宇宙的回音
宇宙也会发声 ， 而且这种“声音”几乎能响彻整个宇宙 ， 从星际的一头穿梭到另一头 。
当难以置信的巨型天体在太空发生激烈的碰撞时 ， 它们便会在宇宙中激荡起强烈的涟漪 ， 并在宇宙中回荡数十亿年 。
1916年 ， 阿尔伯特·爱因斯坦在他的科学论著里阐述了广义相对论的问题 ， 并针对这一问题预言了引力波的存在 。
广义相对论是引力的度量理论 ， 其核心是爱因斯坦方程的思维伪黎曼流形 。
它描述了代表时空的能量-栋梁的几何 ， 与包含在该时空之中的空间关系 。
对于广义相对论中时空弯曲几何中的惯性运动 ， 没有引力使物体偏离其自然、笔直的路径 。
相反 ， 重力对应的是空间和时间属性的变化 。 这反过来又会改变物体自然遵循的最笔直的路径 。
最经典的简单描述便是 ， 时空告诉物质如何运动 ， 而物质则告诉时空如何弯曲 。
广义相对论的方程研究带来了许多物理方面的后果 ， 有的来自该理论的公理 ， 而另一些则只有在爱因斯坦最初发表后的多年研究过程中才逐渐变得清晰起来 。
而在1916年的预测中 ， 爱因斯坦认为时空度量中的涟漪会以光速传播 。
这是弱场引力和电磁学之间的几个类比之一 ， 类似电磁波的效果 。
至于如何产生这种效果 ， 便是两个大型物体 ， 比如恒星和行星相互绕行时 ， 便会发生一些特别的事情 。
爱因斯坦相信这种运动会在空间中引起涟漪 ， 就像把石头扔进水中一样 。
最强的引力波是由灾难性的事件导致 ， 比如黑洞碰撞 ， 或者超新星爆炸 ， 又或者是中子星碰撞等 。
其他波则可能是由不完美球体的中子星的旋转引起 ， 甚至还可能是宇宙大爆炸遗留下来的辐射残余物 。
由于引力波看不见 ， 因此它也没办法进行直接观察 。 另外它们的传播速度还是以光速进行 ， 这使得它们的观测更加难进行 。
早期科学家根本不相信这种事情会出现 ， 对此也没有实质性的进展 。
直到1974年 ， 在爱因斯坦去世20年后 ， 第一个关于引力波的证据才出现 。
这个间接证据来自赫尔斯-泰勒双星脉冲星的轨道衰变 ， 科学家发现这与广义相对论预测的衰变相吻合 ， 因为引力辐射会损失能量 。
引力波实验
在正式进入引力波观测之前 ， 我们再来进一步了解关于引力波的知识 。
前面我们基本阐述了广义相对论的物理表现 ， 以及引力波的基础概念 。
在爱因斯坦看来 ， 引力是一种能够·使时空弯曲的力 。
这种弯曲是由质量存在引起的 。
通常来讲 ， 给定空间体积包含的质量越多 ， 其体积边界处的时空曲率也就越大 。
当有质量的物体在时空中移动的时候 ， 曲率会发生变化来反映这些物体的位置变化 。
当引力波经过观察者时 ， 观察者会发现时空因这种应变产生了扭曲 。
当波通过的时候 ， 物体之间的距离会以波相同的频率 ， 有节奏地增加和减少 。
这种影响的大小与到引力源的距离成反比 ， 例如中子星交汇这种大型事件 ， 由于它们的质量会在彼此靠近时产生极大的加速度 。
因此 ， 中子星合并事件便会使其产生强大的引力波 。
引力波可以穿透电磁波无法穿透的空间区域 ， 它们能够观察黑洞和可能在遥远宇宙中的其他奇异物体的合并 。
推荐阅读
- 爱因斯坦：当我还是少年时，就已明白许多人的努力与追求毫无价值
- 地下实验揭晓锂元素的“身世之谜”
- 地球科学家在做什么
- 中国年轻人为什么“可怕”，我在他们的日常中找到了答案
- 宇宙并不稳定？科学家：真空衰变随时可能发生，进而毁灭宇宙
- 重大发现！地球的地核正在变得不平衡，科学家们也不知为什么
- 斥资2.6亿美元建造的“天眼”，却沦为“垃圾站”，实在惋惜
- 为什么说人类是一个寄生生命？
- 太阳背面还有一个地球？冥王星降级后，被誉为太阳系第九大行星？