引力波是什么东西?对人类有什么影响?( 二 )


第二个过程是碰撞,实际上就是一个“引力波”发射的过程 。
第三个过程是衰减,它们形成了一个新的黑洞 。这就是我们观测到的“引力波”的一个波源,我们称为“双黑洞合并” 。
这个过程释放了“引力波”的意思是:有超大质量的物质,通过运动对引力场做了搅动,引力场中间的波动我们称为“引力波” 。
双黑洞合并释放“引力波”这个过程,不仅仅是两个黑洞在旋绕,还包括了它周围引力场的变化 。它们合并以后,会释放大量的“引力波”,我们称为“引力场中的波动”,这种波动携带了巨大的能量 。
什么是“引力波”?这要回到1915年爱因斯坦的广义相对论 。
广义相对论想在几分钟之内跟大家讲清楚,是一件不太可能的事情 。不过可以给大家说一个最基本的概念:物质和时空是互联的 。
无论是这么大的天体还是一个人,都是一个物质的存在 。而物质存在的同时,周围是有时空把物质联系在一起的 。
最直观的解释就是太阳和地球之间的关系 。
为什么地球会绕着太阳转?牛顿的解释是因为万有引力 。引力是一个超距作用,引力和质量成正比,和距离成反比 。
爱因斯坦则从另一个角度来解释 。他不相信引力的传播会是超距作用 。他认为如果有一天太阳突然消失了,地球会怎么样?地球可能就会飞出去 。
地球怎么会知道太阳消失了呢?它为什么会飞出去?爱因斯坦就解释,太阳如果消失了,它的引力场就会变化,这件事通过引力场的变化传递给了地球,地球知道太阳消失了,于是它就飞出去了 。
这个关系叫物质引导时空弯曲 。
我们刚才讲了,有物质的同时,还有一个场的存在 。而这个场就是时空 。
太阳因为质量很大,他把时空做了弯曲,地球并不是心甘情愿围绕太阳转,它以为自己在走直线,但是它实际上受到太阳所形成的时空弯曲的引导 。
时空引导物质运动,所以地球会围绕太阳转 。
物质跟时空是互联的,这个互联就体现在“引力波”和能量的交换 。在正常情况下不同时空之间很难发生作用 。
但在极端的天体条件下,比如我们这次探测到的黑洞并合的瞬间,发出了巨大的能量,以波的形式,从其他时空传递过来,到达了地球 。
在广义相对论的基础上,爱因斯坦于1916年预言了引力波的存在 。
他认为任何加速运动的物质都会发出引力波 。也就是说我跑两步,你走两步也可以有引力波,但这个引力波强度非常微弱,很难探测出来 。
引力波会对时空产生什么样的作用?在多极的情况下,它在一个方向上会拉伸时间和空间,在另一个方向上会压缩时间和空间 。
这个怎么理解?形象的理解就是:一张桌子,你用普通尺子去量,它是1米长 。但如果尺子变了,你去量的时候,发现了这个桌子的长度也变化了 。
引力波导致的是尺子的变化而不是物质的变化 。
双黑洞合并导致时空弯曲,释放出这个引力波的过程中,如果我们把时空的效果再加进去,会是一个什么样的情况?
我们附加了下边这条线,是我们探测到的引力波的实际一个曲线 。这是在不到1秒的时间内发生的一个事件:两个黑洞已经非常非常接近了,它们的旋进导致引力波的放出,然后旋进越来越近 。
大家能看到不仅仅是两个物质间的运动,实际上是它们时空之间的相互作用 。
当时空的弯曲作用逐渐接近,进入到非常剧烈的一个并合过程,在很短的瞬间释放出了巨大能量的引力波,使得这两个黑洞并合在了一起 。这就是我们探测到的过程 。


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