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  如何理解引力波?           
如何理解引力波?
作者:佚名 文章来源:不详 更新时间:2007-4-10 0:05:31

如何理解引力波?


广义相对论认为,物质的质量使时空弯曲,引力就是时空弯曲的量度。如果把宇宙时空比做一块橡胶板,质量不同的天体会在橡胶板上压出深浅不同的坑,即引力阱。天体运动就是在自己的引力阱中滚动,这种滚动会引起橡胶板的轻微波动,而当超新星爆发和黑洞碰撞时,由于质量(即引力)的突然变化,相当于质量在橡胶板上大力弹跳,因而引起橡胶板剧烈地上下抖动。这种波动和抖动就是引力辐射,即引力波。

这么说来,地球绕太阳的公转运动也会产生引力波。是的。不过它的能量很微小,只有千分之一瓦。因为引力是各种基本力中最弱的力。如在原子核中,核力是电磁力的100倍,而引力只有电磁力的1040分之一;相隔1厘米的两个质子,其引力作用只有静电力的1037分之一。因此,引力辐射非常微弱,一万亿千瓦的引力辐射,只相当于1千瓦的热电丝。

但是,由于引力总是相加的,因而高致密度的恒星如果以接近光速的速度运动时,可产生不可忽略的引力波。靠得很近的双星脉冲星会发射很强的引力波。超新星爆发等剧烈活动,可在几微秒之内产生很强的一次性的引力波,叫引力辐射爆发。旋转黑洞是最丰富的引力辐射源,特别是当两颗旋转黑洞相撞时,会产生强烈的引力辐射。如质量各是10倍太阳质量的黑洞相撞,其引力辐射的强度是银河系的电磁辐射强度的1000亿倍。

为什么引力辐射的强度当其小时非常弱,而当其大时又非常强呢?除了引力源的质量和运动速度因素外,其重要原因是,由加速质量产生的引力波,本身又是一个引力波辐射源,即引力波又产生引力波。

引力波确实存在吗?人们试图用实验去检验。理论上,弹簧振子可产生引力波。所谓弹簧振子,是在一根弹簧两端各连接一个有一定质量的物体。如果让它振动起来,就会产生引力波。因此也叫“引力振子”。还有,一根绕其中心垂直轴旋转的重棒,也会产生引力波。

不过用上述方法产生的引力波的能量小得可怜。如重500吨、长20米的钢棒,以5转/秒的速度(这是它强度极限以内的最大旋转速度)旋转,所产生的引力波能只有10-29瓦。一个长10厘米的弹簧,两端各重1千克物体组成的引力振子,以100次/秒、振幅1厘米的速度振荡,若将其全部引力波能转变为电能,要点亮一只50瓦的灯泡,则需要的振子数,比组成地球的全部基本粒子数还多。

由此可见,用上述人工实验的方法是难以检验到引力波的。因为即使实验产生了引力波,目前也还没有如此精密的仪器能检测到它所产生的微弱引力波。那么,要验证引力波理论,就只好探测宇宙中巨大的天然引力波了。

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