【科普动画片】走进引力波

2023-05-10 14:56:27

什么是引力波呢？


引力波来源于爱因斯坦的广义相对论，是一种以光速传播的时空波动，它描述了具有质量的物体如何在时空环境下弯曲，就像一张紧绷的床单，然后将足球放在床单中心，具有质量的物体在时空下发生的弯曲，犹如足球周围出现褶皱的床单。 

牛顿的万有引力定律把时间与空间分开，而爱因斯坦的广义相对论则研究了引力和“时空几何”的关系，认识到引力是一种非常特殊的相互作用，是一种跟电磁波一样的波动，即引力波。它无处不在，主导了宇宙和星系。


引力波好探测到吗？


引力波虽无处不在，却难于探测，它就像湖面上泛成的波纹，是一种时空涟漪。

上世纪70年代，美国科学家在观测双星系统的过程中，发现引力波存在的间接证据，并因此获得1993年诺贝尔物理学奖。

100年来，不断有实验声称直接探测到了引力波，并造成过轰动效果，如20世纪60年代的韦伯实验，以及2014年的BICEP实验，但后来都被证明是乌龙。直到2016年2月11日，美国（LIGO）正式宣布发现引力波。此次发现的引力波，来源于13亿年前两颗黑洞的合并。两颗不同质量的黑洞合并后，总质量减少，亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间，经过13亿年的漫长旅行，于2015年9月14日抵达地球，被LIGO的两台孪生引力波探测器，以7毫秒的时间差先后捕捉到。


引力波为我们带来什么？


这一巨大发现，证实了爱因斯坦100年前所做的预测，是继传统电磁波天文学、宇宙线天文学和中微子天文学之后，人类在认识宇宙中的又一大突破。 

引力波的发现，第一次用不容置疑的证据证明了黑洞的存在。两个黑洞在并合前相距仅仅几百公里，此时引力波的频率高达150赫兹，在这么大的质量下靠这么近，还能不发生并合的，只有黑洞了。可以说引力波的发现，开启了一场对于探索宇宙从弯曲时空而产生的事物和现象的旅程。

引力波携带着与电磁波截然不同的信息，引力波的直接探测，实现了50年前就设定好了的目标：直接探测难以捕捉的事物，更好地理解宇宙。如果能探测到宇宙大爆炸时发出的原初引力波，那将为我们揭示宇宙诞生之初的奥妙。

引力波作为基础研究，关系到我们对世界的理解，只有发现世界运行的规律，才能慢慢转化成应用研究，或许引力波可以让宇宙学，高能物理的科学领域研究获得重大突破。

虽然引力波在现时段已经被发现了，但是引力波到底能多大程度上改变人类的生活，目前还是无法确定的。但是一个新的科学发现，带来的发展是人类社会无法预估的，所以引力波的发现，会为我们生活带来多大惊喜，也是不可估量的。


责任编辑：杨天天


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