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引力波是什么东西?对人类有什么影响?

2024-05-25 05:45:18 生活 0

物理学中,引力波是指时空弯曲中的涟漪,通过波的形式从辐射源向外传播,这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年[1],爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果,因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念相比之下,引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中,因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。

引力波对人类未来有什么影响?

1.理论上,促进了人类对宇宙认知革命

引力波为我们打开了除电磁辐射(光学、红外、射电、X 射线等)、粒子(中微子、宇宙线)之外,一个全新的窗口——我们从未能够这样方式观察宇宙。在引力波这个新窗口中,我们不再是以电磁场、物质粒子作为观察宇宙的凭借——我们感受的,是时空本身的颤动!

2.确定了黑洞的存在。

此前,人类将观测到的海量的天体物理现象,用黑洞的存在予以完美解释,但这并不是确定黑洞存在的证据。直到LIGO团队双黑洞并合产生的引力波的发现给出了黑洞确实存在的空前牢靠的证据。

3.加深了人类对时空弯曲、时间旅行理解

人类对时间旅行的猜测,是基于“宇宙弦理论”,而引力波则被认为是宇宙弦释放能量的主要机制

什么是宇宙弦?有理论认为,宇宙早期相变过程中,可能产生极细却具有宇宙学尺度长度的“宇宙弦”。这些宇宙弦就像耳机线,总有一天会自己打成结。当它们打结时,结点会发生断裂,并以引力波的形式释放出能量。而时空旅行,就是宇宙弦打结能够产生封闭类时间曲线———这样或许就可以实现时间旅行。

4.有助于人类研究恒星爆炸原理

质量恒星生命终点的时候,可能在一场剧烈的超新星爆炸之后塌缩为黑洞或中子星。但我们现在还不知道,超新星具体如何点燃的。监听超新星爆炸时的引力波波形,与电磁波段的观测进行对比,可以给我们提供检验现有模型的更多依据

5.有助于人类探测宇宙的膨胀速度

以前,人类测量宇宙膨胀速度,只有一种标准——Ia 型超新星作为“标准烛光”。如今,引力波为我们提供一个独立的“标准烛光”。

通过测量引力波事件的强度,我们能推算出引力波源的距离如果我们能在电磁波段上找到引力波源所在的星系,就能比较该星系的红移与引力波源距离之间关系——这样我们就又多了一种测量宇宙膨胀速度的方法

6.同时,引力波的证实也给科学带来了新的探索任务:引力波是否是以光速传播?

有波就有对应的粒子。引力波对应假想的引力子。如果引力子像光子一样,没有质量,那也应该以光速传播,这是经典的广义相对论的预言。但是也有人表示,如果引力子有一点质量,也许有助于解释宇宙加速膨胀。而如果引力子有质量的话,它就会以低于光速前进。这样如果我们能分别观测到一次高能事件产生的电磁辐射和引力波,看看它们到达地球有没有时间差,就能知道引力波是否在光子之后抵达地球,也就是引力波是否以光速传播。若是,则再次捍卫爱因斯坦的理论;若不是,则又是一个动摇了物理大厦基础重要发现。

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