引力波
3引力波在物理学中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1。爱因斯坦于1915年基于广义相对论预言了引力波的存在。
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。
2023年6月,中国研究团队利用“中国天眼”FAST,探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据,这是纳赫兹引力波搜寻的一个重要突破2。
基本信息
- 中文名
引力波
- 外文名
Gravitational wave3
- 发现地点
美国激光干涉引力波天文台
- 报告发现时间
北京时间2016年2月11日23:30左右
- 适用领域范围
天文观测
基础定义
引力波是爱因斯坦在广义相对论中提出的,即物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。通俗地说,可以把它想象成水面上物体运动时产生的水波。但是,只有非常大的天体才会发出较容易探测的引力波,如超新星爆发或两个黑洞相撞时,而这种情况非常罕见。因此,相对论提出一百多年来,其“水星进动”和“光线偏转”等重要预言被一一证实,而引力波却始终未被直接探测到。
引力波有宇宙初生时的“啼哭”之称,它自宇宙诞生后便一直四散传播,现在可探测到的余响能量非常小,被称为“随机引力波背景”。在“激光干涉引力波观测台”中,科学家便是努力在长达4公里的激光光线中,寻找“随机引力波背景”带来的比一个原子核还小的扰动。
应用举例
由E=mc^2、E=nh(J)、F=am、λν=c、q=h(J)*ν得:
F=aE/c^2=nh(J)a/c^2=nh(J)/(t*c)=E/c*t=nh(J)*ν/c=nh(J)/λ=E/λ。a=c^2/λ=ν*c。
由a=ν*c,将a替换为重力加速度g,再由g=ν*c,就可以计算出地球重力场引力波的频率。
即ν=g/c,地球表面重力场加速度g=9.80米/秒^2,光速c=299792458m/s,
则ν=g/c=9.80/299792458=3.2*10^-8(1/s)。
而对应的引力波的波长则是λ=c/ν=299792458/3.2*10^-8=9.3685*10^15(m)。
爱因斯坦虽然在在其广义相对论中预言了引力波的存在,但爱因斯坦在广义相对论中提出的却是物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。
拓变论发现新的事实,却是引力波是引力场本身的属性。
事实上引力波无处不在,在整个宇宙范围内到处都有到处都是,只是随着引力场强度(正比于g)不同而不同。
引力波也不是什么过去遗留下来的,而是引力场场强的另一种表现。
引力波的波长是如此之长,以及引力波的频率是如此之低,正是引力场强度之弱真实证明。同时我们也可以指出为什么至今还没有探测到引力波的存在,是科学家把把其性质搞错了,主攻方向也搞颠倒了,其波长不是如何的短,而是如此的长,因此他们才探测不到。其实引力波是可以随时随地就可以检测到的,对应着此时此地的引力场强度或重力加速度,就可以探测到相应的引力波的波长和频率。
根据地球表面引力波的如此情况作为参照对比,就可以基本知道电磁场、强作用场和弱作用场的大致频率和波长的数量级了。
人们已知的四种基本作用力的强度分别是,强力其相对强度定义为1,其次就是电磁力为10^-2,弱力为10^-13,引力为10^-38。
这样我们就可以依据地球表面的重力场强度的波长λ=9.3685*10^15(m)或频率ν=3.2*10^-8(1/s),来大致确定其他三种基本作用力场强度的波长与频率了。