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观测引力波为何如此重要?(1)
2024-12-28
星期六
十一月廿八

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  1.引力波是观察宇宙的一种全新方式

  天文学家通过电磁波谱来观察宇宙,从光学的X射线和紫外线到射频。这些频率范围中的每一种放射物都可以提供不同的信息,同时也给我们天文学提供了不同的视角。

  举例来说,我们知道在银河系的中心聚集着数百万颗恒星,并且它们主要的放射波长在光学波长。但是银河系的中心同时也有很多尘埃。如果要研究这些尘埃笼罩的恒星的话,天文学家们必须在红外波长(尘埃发射波长的区间)或者无线电波长中来观察它们(对于较短的光波来说无线电波能更有效的穿透尘埃)。所有的这些波长都给我们提供了观察宇宙的独特视角,但是它们都是相同类型的电磁辐射,所以它们特性都是类似的,都是已经被理解了的。

  引力波是一种全新的不同于电磁波谱上的任何东西的现象。在1915年阿尔伯特·爱因斯坦通过他的广义相对论提出了一种非常独特的观察引力的方法。他将引力描述时空中的曲率而不是向不同方向施加的推动和拉动大型物体的力。换句话说,大型物体周围的空间和时间是弯曲的,然后这些弯曲的空间和时间决定了物体如果通过这个时空。

  这可能听起来非常无厘头,但是实际上我们可以观测到爱因斯坦的理论所描述的现象。举个例子,广义相对论告诉我们地球上的时间比地球轨道上运行的卫星要慢非常少的一点。这个现象叫做时间膨胀,是时空曲率的所造成。如果我们不调整卫星通信中的这个小时差,我们永远无法到达我们原先想要去的地方。

  广义相对论框架的结果是当物体通过时空的曲度并加速时会产生称为引力波的涟漪。这些波在空间中传播,在一个方向上压缩并在另一个方向拉伸时空。

  这些波的预测频率在人类听觉范围之内。我们可以听到引力波。科学家和艺术家已经开始联手从艺术的角度诠释引力波。

  那为什么我们花了100年才发现引力波呢?因为这些涟漪极其微小,大概是质子核大小的千分之一,所以我们需要一个相对来说非常剧烈的事件来产生足够的引力波供我们探测。当然同时我们还需要一个非常灵敏的探测器。
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