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1 # 小狗蛋哥哥
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2 # 軒中
引力波基本不適用熱力學第二定律。
熱力學第二定律涉及到的是原子與分子的宏觀規律,而引力波不是由原子與分子組成的,引力波是一種底層結構,比原子分子的地位更基礎一些。
熱力學第二定律的本質其實是一種機率演化,這個機率演化的典型案例就是氣體或者液體分子的擴散,比如一滴紅墨水滴到清水裡,為什麼紅色要擴散?因為這擴散過程發生的機率比不擴散的機率要大得多,所以最後紅色擴散到了整個清水水域裡。這其實就是熱力學第二定律,只要定義了一個物理系統,我們是可以研究很多粒子的統計規律的,這個統計規律中機率的演化就是劉維爾方程一類的東西,最後可以推匯出定性的描述,這個定性的唯象的描述就是熱力學第二定律。
當我們把熱力學第二定律用到引力波的時候,我們會發現這裡不存在大量的微觀粒子,引力波是時空本身的漣漪,與粒子無關。而且,如果退一萬步講,假設存在引力子,那麼引力波可以看成是引力子的波粒二象性的表現——那也不可以用到熱力學第二定律,為什麼?因為引力波是引力子的集體的有規則的運動,而不是無規的運動,有規則的運動不是隨機運動,很難與熱力學第二定律掛鉤。
當然了,雖然引力波與熱力學第二定律無關,但引力與熱力學第二定律有關的,那就是所謂的黑洞熵。因此從黑洞熵的角度來說,引力波也與熱力學第二定律間接相關。因為兩個黑洞碰撞併合的時候,最後產生的黑洞的面積大於前面的2個黑洞,也就是說黑洞熵增加了(因為面積就是熵),黑洞熵增加的代價就是輻射出了引力波,因此,引力波可以看成是負熵。
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3 # 孤猴78345271
原創思想,這恰恰就是引力波的悖論,引力波被錯誤地認為是能量,而熱力學定律正是描述能量的,那麼熱力學定律就可以用來描述引力波。然而實際上引力產生的引力勢能並不是能量,與熱力學定律沒有半毛錢的關係,熱力學定律管不了引力和引力勢能,正因如此,熱力學定律導致了宇宙最終會`熱寂’的奇談怪論。
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1.首先,我們要搞清楚什麼事系統,運動著的若干部分,在相互聯絡、相互作用之中形成的具有某種確定功能的整體,謂之系統。
在愛因斯坦的廣義相對論中,引力被認為是時空彎曲的一種效應。這種彎曲是因為質量的存在而導致。通常而言,在一個給定的體積內,包含的質量越大,那麼在這個體積邊界處所導致的時空曲率越大。當一個有質量的物體在時空當中運動的時候,曲率變化反應了這些物體的位置變化。在某些特定環境之下,加速物體能夠對這個曲率產生變化,並且能夠以波的形式向外以光速傳播。這種傳播現象被稱之為引力波。
當一個引力波透過一個觀測者的時候,因為應變(strain)效應,觀測者就會發現時候時空被扭曲。當引力波透過的時候,物體之間的距離就會發生有節奏的增加和減少,這個頻率對於這了引力波的頻率。這種效應的強度與產生引力波源之間距離成反比。繞轉的雙中子星系統被預測,在當它們合併的時候,是一個非常強的引力波源,由於它們彼此靠近繞轉時所產生的巨大加速度。由於通常距離這些源非常遠,所以在地球上觀測時的效應非常小,形變效應小於1.0E-21。科學家們已經利用更為靈敏的探測器證實了引力波的存在。目前最為靈敏的探測是aLIGO,它的探測精度可以達到1.0E-22。更多的空間天文臺(歐洲航天局的eLISA計劃,中國的中國科學院太極計劃,和中山大學的天琴計劃)目前正在籌劃當中。
引力波應該能夠穿透那些電磁波不能穿透的地方。所以猜測引力波能夠提供給地球上的觀測者有關遙遠宇宙中有關黑洞和其它奇異天體的資訊。而這些天體不能夠為傳統的方式,比如光學望遠鏡和射電望遠鏡,所觀測到,所以引力波天文學將給我們有關宇宙運轉的新認識。尤其,引力波更為有趣的是,它能夠提供一種觀測極早期宇宙的方式,而這在傳統的天文學中是不可能做到的,因為在宇宙再合併之前,宇宙對於電磁輻射是不透明的。所以,對於引力波的精確測量能夠讓科學家們更為全面的驗證廣義相對論。
2. 引力波產生的條件
(1)旋進(In-spiral)或者合併的緻密星雙星系統。比如中子星或者黑洞的雙星系統。非常類似於釋出會當中的系統。
(2)快速旋轉的緻密天體。這類天體會透過週期性的引力波輻射損失掉角動量,它的訊號的強度會隨著非對稱的程度增加而增加。可能的候選體包括非對稱的中子星之類的。
(3)隨機的引力波背景。非常類似於我們通常熟知的宇宙背景輻射,這一類背景引力波,也通常叫做原初引力波,它是早期宇宙暴漲時的遺蹟。2014年由加州理工、哈佛大學等幾個大學的研究人員所組成的BICEP2團隊曾宣稱利用南極望遠鏡找到了原初引力波,但是後來證實為銀河系塵埃影響的結果。原初引力波的探測將是對暴脹宇宙模型的直接驗證,對於它的探測依舊在努力尋找之中。
(4)超新星或者伽馬射線暴爆發。恆星爆發時非對稱性動力學性質也會產生引力波。而直接探測到來自於這些天體的引力波,將是提供對這些天體最直接而且最內部的資訊。
以上的天體都能夠產生地面探測器所探測到的引力波訊號(頻率大約幾到幾百赫茲)。還有一類天體,也能夠產生比較較強的引力波,只是產生的頻率比較低而已(頻率在0.01赫茲以下)。
(5)超大質量黑洞。在星系的中心,我們知道會有一個超大質量黑洞的存在。星系在演化的過程當中,會彼此合併,所以在某些星系中間,會有兩個黑洞。非常類似於LIGO所探測到的雙恆星級黑洞,這兩個雙黑洞在繞轉和最終的合併的之時,也會產生很強的引力波。這種引力波可以利用空間探測器來探測。