引力波到底是什麼,它是怎麼產生和傳播的

2021-03-03 20:45:32 字數 2462 閱讀 1550

1樓:love就是不明白

引力波:

在物理學中,引力波是指時空彎曲中的漣漪,通過波的形式從輻射源向外傳播,這種波以引力輻射的形式傳輸能量。

引力波的主要性質是:它是橫波,在遠源處為平面波;有兩個獨立的偏振態;攜帶能量;在真空中以光速傳播。

雙星體系公轉、中子星自轉、超新星爆發,及理論預言的黑洞的形成、碰撞和捕獲物質等過程,都能輻射較強的引力波。

引力波是什麼東西?對人類有什麼影響

2樓:匿名使用者

在物理學中,引力波是指時空彎曲中的漣漪,通過波的形式從輻射源向外傳播,這種波以引力輻射的形式傳輸能量。在2023年[1],愛因斯坦基於廣義相對論預言了引力波的存在。引力波的存在是廣義相對論洛倫茲不變性的結果,因為它引入了相互作用的傳播速度有限的概念。

相比之下,引力波不能夠存在於牛頓的經典引力理論當中,因為牛頓的經典理論假設物質的相互作用傳播是速度無限的。

引力波對人類未來有什麼影響?

1.理論上,促進了人類對宇宙認知革命。

引力波為我們開啟了除電磁輻射(光學、紅外、射電、x 射線等)、粒子(中微子、宇宙線)之外,一個全新的視窗——我們從未能夠以這樣的方式觀察宇宙。在引力波這個新視窗中,我們不再是以電磁場、物質粒子作為觀察宇宙的憑藉——我們感受的,是時空本身的顫動!

2.確定了黑洞的存在。

此前,人類將觀測到的海量的天體物理現象,用黑洞的存在予以完美解釋,但這並不是確定黑洞存在的證據。直到ligo團隊雙黑洞併合產生的引力波的發現,給出了黑洞確實存在的空前牢靠的證據。

3.加深了人類對時空彎曲、時間旅行的理解。

人類對時間旅行的猜測,是基於「宇宙弦理論」,而引力波則被認為是宇宙弦釋放能量的主要機制。

什麼是宇宙弦?有理論認為,宇宙早期相變過程中,可能產生極細卻具有宇宙學尺度的長度的「宇宙弦」。這些宇宙弦就像耳機線,總有一天會自己打成結。

當它們打結時,結點會發生斷裂,並以引力波的形式釋放出能量。而時空旅行,就是宇宙弦打結能夠產生封閉類時間曲線———這樣或許就可以實現時間旅行。

4.有助於人類研究恆星**原理

大質量恆星生命終點的時候,可能在一場劇烈的超新星**之後塌縮為黑洞或中子星。但我們現在還不知道,超新星具體是如何點燃的。監聽超新星**時的引力波波形,與電磁波段的觀測進行對比,可以給我們提供檢驗現有模型的更多依據。

5.有助於人類探測宇宙的膨脹速度

以前,人類測量宇宙膨脹速度,只有一種標準——ia 型超新星作為「標準燭光」。如今,引力波為我們提供一個獨立的「標準燭光」。

通過測量引力波事件的強度,我們能推算出引力波源的距離。如果我們能在電磁波段上找到引力波源所在的星系,就能比較該星系的紅移與引力波源距離之間的關係——這樣我們就又多了一種測量宇宙膨脹速度的方法。

6.同時,引力波的證實也給科學界帶來了新的探索任務:引力波是否是以光速傳播?

有波就有對應的粒子。引力波對應假想的引力子。如果引力子像光子一樣,沒有質量,那也應該以光速傳播,這是經典的廣義相對論的預言。

但是也有人表示,如果引力子有一點質量,也許有助於解釋宇宙加速膨脹。而如果引力子有質量的話,它就會以低於光速前進。這樣如果我們能分別觀測到一次高能事件產生的電磁輻射和引力波,看看它們到達地球有沒有時間差,就能知道引力波是否在光子之後抵達地球,也就是引力波是否以光速傳播。

若是,則再次捍衛愛因斯坦的理論;若不是,則又是一個動搖了物理大廈基礎的重要發現。

引力波的速度為什麼也是光速

3樓:匿名使用者

根據廣義相對論的觀點,時空扭曲形成阱產生了引力效應,那麼物體質量發生變化這個事件會使空間產生波向外傳播,而這個波傳播的速度是光速。

對於比較弱的引力場的傳播速度,在愛因斯坦的廣義相對論裡面是可以嚴格證明是跟光速相同的。因為有弱的引力波的方程,並且可以解析的把方程解出來。

當然了,這只是數學。物理上講,為什麼會跟光一樣,可以對比一下電磁波(光波)和引力波。電荷是光波的源,質量是引力場的源;電荷的電場強度是跟距離的平方反比,引力在弱場下面,也可以近似的看成跟距離的平方反比(牛頓萬有引力定律);電磁相互轉換,引力極化也可以有類似的「磁」分量;等等。

比較弱的引力本來跟電磁波很像,所以弱的引力波跟光波傳播速度一樣倒也不稀奇。

關於引力傳播速度的觀測,維基百科有比較詳細的介紹。 另外,有篇**來論證那些聲稱引力波傳播遠遠高於光速的情況是不對的。

實際上強場的情況下,人們一般是沒法定義引力波的。因為場方程裡面的能動張量包括了整個體系所有的能量和動量,這樣的話,一般的情況,是沒法分離出好的局域的能量的表示式的。沒法給出能量,這就沒法解釋波動方程嘛,一般情況下,是沒法定義出引力波的。

這樣對於引力的傳播這個問題,就沒法理解了。這就變成了一個沒有答案的很前沿的問題。

在樑燦斌的書中提到的一種方法可以證明對於最一般的真空愛因斯坦方程,可以求得平面波解,而且從很多方面來說,這個解就是引力波,更加令人驚奇的是,這個解所代表的引力波的傳播速度是光速。由此看出, 愛因斯坦

方程確實有一個這樣簡潔的平面引力波的解,引力波的傳播速度是光速是有嚴格證明的。

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