引力波有什么用?真的可以如《三体》描写的一样实现星际通信吗?



引力波有什么用?真的可以如《三体》描写的一样实现星际通信吗?

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在刘慈欣的科幻小说《三体》里 , 描写了领悟黑暗森林法则的罗辑建立了黑暗森林威慑 , 并迫使三体人利用他们的先进技术为地球人建造了一堆可用于向遥远宇宙发送坐标信号的引力波天线 , 其中包括安装在飞船上的小型引力波天线 。 在现实中 , 这种设想可行吗?在回答这个问题之前 , 我们先来了解一下引力波 。
广义相对论的八大预言1915年 , 爱因斯坦正式发表他最伟大的理论——广义相对论 , 通过统一时空中弯曲的时空几何重新描述了牛顿所发现的万有引力 。 早期科学家根据对广义相对论的深入研究 , 得到了广义相对论的八大预言 , 分别是:
1、水星近日点进动(水星椭圆轨道的近日点位置发生偏移)
2、光线弯曲——引力透镜效应(时空弯曲导致星光位置偏移)
3、引力时间膨胀(引力导致时间弯曲产生的时间变慢效应)
4、引力红移(恒星光谱因引力时间膨胀发生频移)
5、宇宙膨胀或收缩(被恒态宇宙论的爱因斯坦强行添加宇宙项注销了这个预言……)
6、黑洞(时空闭合的区域)
7、引力波(时空曲率的波动)
8、奇点(无限弯曲的时空点)
其中引力红移与引力时间膨胀等价 , 引力透镜与空间弯曲等价 , 因此其实也可以认为是7大预言 。 这8大预言里的前5项 , 都在上世纪得到了实验和观测证明 , 黑洞则在本世纪初对银河系中心恒星运动的观测得到了直接证明 , (上世纪就根据X辐射信号得到过间接证明) , 两位天文学家因这项观测共同获得了去年的诺贝尔物理学奖 。 更直接地 , 在2019年拍摄到了黑洞吸积盘的首个真实影像 。
而被称为相对论最后一块拼图的引力波则于2015年LIGO(激光干涉引力波天文台)的观测中得到了直接证明(同样上世纪也根据脉冲双星周期变化得到过间接证明) , 而毫无疑问地 , 三位LIGO的科学家因这一观测项目共同获得了2017年度的诺贝尔物理学奖 。
当时铺天盖地的报道里都说这是广义相对论的最后一个预言 , 但是当你看到这里其实已经知道了 , 还有一个预言没证实呢——奇点 。 不过实际上这个预言可能永远得不到证实 , 因为我们永远不可能观测到奇点 , 即使是间接观测都不可能……
时空的涟漪——引力波言归正传 , 作为公认的广义相对论最后一块拼图究竟是啥玩意呢?一句话解释是:

引力波——时空弯曲的变化以行进波的形式光速向外传播 。
如果这句话不好理解 , 那就用一个形象的比喻:它是时空中荡起的一阵涟漪 。
引力波探测为什么那么难?作为自然界四种相互作用力中最弱的一种——引力 , 很多人认为它的波动难以探测是理所当然的 , 但其实我们都忘记了一点 , 引力作为一种长程力 , 可以通过质量堆积达到很大的强度 , 比如作为引力波源的黑洞和中子星!
那么为什么它在现实中引力波如此难以探测?答案是它距离我们太远了……由于引力距离平方反比律 , 引力会随距离增加而迅速变弱 , 所以不是黑洞的引力太弱 , 而是它们距离我们实在太远了……假如这些双黑洞就在太阳系附近 , 那么无需通过LIGO的激光干涉仪 , 我们用天文望远镜就能直接看到背景恒星的抖动 。 假如双黑洞就在太阳系内 , 那我们甚至肉眼就能看到它们所产生的时空涟漪!当然你得能分辨出光速掠过的时空形变 , 对于持续1秒左右的引力波 , 这是可以的 。 你会看到面前的一切剧烈地扭曲抖动 , 前提是你没有被巨大的引力波潮汐力震碎……

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