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  • 1 # 想法捕手

    什麼的引力波?

    概括來說,引力波是愛因斯坦預言的時空扭曲。準確點來說,是廣義相對論的一個解,即當物體做加速運動時會產生的一種波。引力場和引力波就相當於電磁場和電磁波之間的關係,引力波與電磁波同為橫波,即波的傳播方向與振動方向垂直。但電磁波在傳播過程中電場與磁場方向是固定的,而引力波在傳播中螺旋前進,所以更具穿透性性。

    引力波的存在還揭示了引力傳播需要時間,而不是牛頓萬有引力認為的瞬時即達。引力波的傳播速度為光速C。

    為什麼平常我們感受不到引力波?

    引力波稱為“時空的漣漪”,就像池塘裡掀起的水波。只是想讓時空振動太困難了,或者說我們日常的運動產生的引力波微乎其微。

    愛因斯坦曾做出一個估算:取一個長度為1M的木棍,以最大可能的速度作旋轉,產生的引力波功率僅為10^-37W,而一隻在牆上爬的螞蟻做用的能量就能達到10^-7W。所以我們日常根本感覺不到引力波的存在,只有質量大到中子星或黑洞這樣的天體,才能產生明顯的引力波。

    兩個黑體碰撞時為什麼引力波會加大?

    一個恆星坍縮形成的黑洞質量可達10^9個太陽質量。兩個離得較近的黑洞會在漫漫地旋轉靠近,最後以極快的速度碰撞合併,這過程中加速度的極大的,根據引力波的定義,隨著加速度的增加,引力波必然加大。

    當兩個黑洞合併時產生的引力波可達10^52W的功率,但引力波不是週期性振盪,而是以瞬時爆炸的形成產生,所以這個能量水平只能維持1ms左右。剩下的餘波會以光速四散傳播出去。

    如何測量到引力波?

    我們知道,引力波經過時會引起時空的變形。在一個固定長度的真空空間裡,空間如果被拉長,鐳射走的路就會變長;如果空間被壓縮,那麼鐳射走的路程就會變短。

    所以只要把這兩條長度一樣且足夠長的鐳射相互垂直,遇到不管從哪個方向來的引力波,都會使得兩束鐳射產生一長一短的光程差。

    這就是LIGO引力波探測器的基礎工作原理。而且引力波探測器算是如今世界上靈敏度最高的探測器了。2015年9月14日,首次測得的引力波訊號,據說只讓探測器鐳射空間變形了一個質子直徑千分之一的大小。

    而這是兩個質量相當於36個和29個太陽質量的黑洞,合併後損失3個太陽質量的能量形成的引力波。如果用E=MC^2算一下,你會得到一個比宇宙中所有恆星在那1秒釋放的能量高好幾百倍的數值。

    而它到達我們這的餘波卻如此微弱。

    總結一下

    1、引力波並不是只有黑洞碰撞才釋放,只是達到黑洞那樣大質量產生的引力波才明顯可測量。

    2、引力波的產生與物體加速度運動有關,恆星坍縮與黑洞合併都會產生巨大的引力波。

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