广义相对论的预言“引力波”到底有啥神奇之处?

时间:2020-03-01 来源: 国内新闻

在前一篇文章中,我曾经让每个人想象一个场景:假设太阳突然消失,地球会感觉到太阳的重力立即消失,还是会感觉到重力稍后消失?我不知道你是否还记得这一幕。

根据牛顿的力学观点,太阳是重力的来源。当太阳消失时,自然引力将立即消失,没有任何延迟。然而,正如我之前所分析的,爱因斯坦也认为太阳是重力的根源,但是这个根源还不够根本。最基本的说法是太阳的存在使周围的时空弯曲,而地球只是在弯曲的时空中做“无力惯性运动”。

虽然牛顿和爱因斯坦都承认重力的来源是太阳,但牛顿无法解释重力的本质,所以他只能认为一个物体瞬间产生了另一个物体的万有引力。爱因斯坦通过“时空弯曲”成功地揭示了重力的本质,因此他提出了一个问题:重力的效应是瞬时的吗?

根据上一篇文章的分析,我们可以得出这样的结论:重力的作用不是瞬时的,重力的传输也需要时间,传输速度不小,但是刚好等于光速,但是我没有告诉你为什么重力的传输速度是C,这是什么样的传输?

事实上,当太阳消失时,太阳周围的“时间和空间”会立即从原来的“弯曲状态”变成“直线状态”。离太阳更近的时间和空间将尽早回到“直线状态”。我们可以把时间和空间分成小块来理解。每一小块都连着下一小块。太阳消失后,最近的一小块时间和空间将首先回到“直线状态”。这种直接的复苏会带来连锁反应。链条的另一个时空碎片也恢复成直的,因此通过包裹最终到达地球所在的时空,因此地球的时空也开始恢复成直的,地球将开始以它恢复成直的瞬时速度的方向运动,并且一直以均匀的直线运动。(这里暂时不考虑太阳周围其他天体对地球时空的影响)

这种传递时空特征的行为实际上是“引力波”。我们都知道“曲率”可以用来描述时空的曲率,所以引力波本质上是在传递时空的“曲率”信息。众所周知,宇宙速度的上限是光速,所以引力波的速度也是光速,这是非常合理的。此外,引力波的出现并不一定要求“大质量天体”的消失。只要天体本身的质量发生变化,就会带来时空属性的传递,这被称为时空波纹(事实上,质量物体的加速会产生引力波)。

这里有一点很重要。爱因斯坦根据广义相对论的场方程预测了引力波。然而,自从广义相对论发表以来,引力波已经很久没有被探测到了。因此,人们质疑看不见的东西是否真的存在。但是好事多磨。人类第一次发现引力波的存在是在2016年2月11日。事实证明爱因斯坦又是对的。

然而,有些人可能会好奇。由于引力波是由于大质量天体的变化引起的时空曲率的连续变化而产生的,因此连锁反应被传递到遥远的天体。然而,宇宙如此之大,以至于天体的质量每天都在变化。为什么我们很久没有探测到引力波了?

引力波很难探测到。引力波与我们见过的其他波完全不同。引力波穿过“空间和时间”。我们知道空间和时间包含空间和时间。例如,我们穿过“空间”(暂时不考虑时间的流逝)。当引力波穿过地球时,地球上所有物体的实际长度都将发生变化,可能先变得越来越长,也可能先变得越来越短。当引力波完全穿过地球时,我们的长度将会恢复。这里会有“长度振荡”,以及所用时间的倒数

事实上,这里有一个重要的关键,因为地球上所有的物质在长度上都有相同的振荡,如果你站在一个遥远的星系看地球,你会发现振荡确实已经穿过了地球,但是如果你在振荡,你不能用肉眼看到振荡。有些人可能会好奇:我能用尺子测量物体的长度吗?哈哈,你别忘了,地球上所有的物体都有同样长度的振荡。例如,你有一个5米长的钢管。当引力波到达时,钢管可能会变成3米,但你的尺子也会相应地缩短。所以你用尺子测量,发现它仍然是5米。当引力波完全离开地球时,钢管会恢复5米,但你的尺子也会恢复原状。所以你会发现它从开始到结束都没有改变。

这也是引力波出现的原因,我们根本感觉不到或看不到引力波。最重要的原因是,这种振荡是所有物体的同步振荡。当然,引力波的快速传播速度也是它不容易测量的原因。此外,引力波的一些波源离我们太远,当它们被传播时,它们非常微弱,很难被仪器探测到。关于引力波是如何被人类测量的,我们稍后会谈到。我是《小彭来给您解惑》。如果你喜欢我的文章,你可以关注我。如果你对这篇文章有任何异议,你可以留下评论。

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