引力波 相对论(16)引力波是如何产生的?( 二 )


我们的地球在绕着太阳旋转的时候 , 也是在太阳的引力场中做加速运动 , 所以也会释放出引力波 , 并且带走地球的轨道能量 。
因此地球正在逐渐缓慢地靠近太阳 , 不过不用担心 , 这个能量损耗非常缓慢 , 至少需要10^150年 , 才能让地球撞向太阳 。 这个数字是多少已经不重要了 , 总之它很大 , 大得无法形容 。
由于引力非常的弱 , 是四种基本作用力中最弱的一种力 , 只有电磁力的亿亿亿分之一 , 所以引力波很难被探测到 , 像地球这种引力波 , 基本上就跟没有一样 。
所以我们想检测到引力波 , 只能找那些宇宙中质量非常大的天体 , 且这些天体正在发生毁灭性的时间;
比如有一类短时间、强度大、脉冲式的引力波 , 是由超新星爆发、两颗黑洞合并末期发出的 。
还有一类引力波虽然强度低了一点 , 但是非常的稳定 , 持续时间长 , 这类引力波是由大质量双星互相环绕产生的 , 比如中子星和白矮星 。
2016年探测到的引力波就是黑洞产生的 , 但是黑洞没有光信号 , 我们也无法判断引力波的一些性质 , 比如它的传播速度之类的 。
不过就在2017年10月LIGO又在距离地球只有1.3亿光年的星系NGC4993中 , 接收到了来自两颗中子星发生合并产生的引力波 。
并且看到了这次事件产生的电磁信号 , 当时全球使用了大量的望远镜观测这次事件爆发的天区 , 最后有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到了爆发天区 , 其中就有我国的X射线天文卫星“慧眼望远镜” 。
这次事件对引力波传播速度的测量发现 , 引力波和光速基本上一致 , 穿越1.3亿光年 , 光信号稍微慢了1.7秒 。 认为是中子星合并以后周围的气体阻碍或者遮挡 , 导致光信号稍微延迟 。
引力传播是通过空间 , 所以并不会发生受阻现象 。 所以认为它俩的速度是一致的 。
引力波的发现 , 以及对其速度的测量 , 再一次验证了广义相对论的正确性和准确性 。 空间不仅会因为物质而弯曲 , 还会以涟漪的形式向外传播能量 。
不过 , 广义相对论越是得到验证 , 越是正确 , 对科学家说或许并不是一个好事 , 因为广义相对论和量子场论是不相容的 。
这意味着 , 它俩中间有一个是错误的 , 或者说是不完备 。
下节课 , 我们说量子场论和广义相对论那里不相容 。 忘了说 , 如何测量引力波?这个原理其实和迈克尔逊-莫雷实验一样 , 也是干涉仪 , 只不过LIGO的悬臂4千米长 。
引力波来了以后 , 会造成两条垂直悬臂分别发生收缩和拉长 , 这样就导致了光路距离发生变化 , 进而造成两路光在返回以后干涉出现变化 。
由于引力波非常弱 , 对干涉仪悬臂造成的长度变化极其微小 , 因此我们要想探测到更多 , 更弱的引力波事件 , 只能建造更大的引力波探测器 , 更大就意味着有更长的悬臂 。
【引力波|相对论(16)引力波是如何产生的?】比如LISA引力波探测器 , 由三个绕太阳运行的卫星组成 , 这个够大吧 。 希望人类有一天能够发现宇宙暴涨时期留下的引力波信号 , 这个引力波信号应该是处处均匀的十分微小的波动 , 充满整个空间 , 它应该能告诉我们 , 上帝的一些信息 。

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