引力波

作者:拾用
链接:https://www.zhihu.com/question/40299051/answer/148535829
来源:知乎
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引力波是指通过波的形式从辐射源向外传播的时空弯曲中的涟漪。而这种波以引力辐射的形式传输能量。
形象一点来说,引力波犹如一位精通轻功的武林高手,来去无踪影。它随身携带巨大的能量,行动的时候却可以做到悄无声息,这给人类探测带来的很多困难。那可能我们先又有疑惑了:我们到底是从哪里探测到引力波的?换句话说,引力波会在什么情况下出现?
2.科学家为什么千方百计地验证引力波的存在?
从1915年爱因斯坦根据广义相对论推导得出引力波到2016年人类正式确认引力波的存在,已经过了整整一百年。那么为什么科学家们在这么长的时间里还是不放弃对引力波的追寻呢?
一个原因是因为爱因斯坦的广义相对论中别的几条预言都被验证了。
我们先回顾一下,爱因斯坦已经被验证的“神预言”:
1.揭示了物质质量与能量的关系,即E=mc2.
2.加速度与引力场等价。
3.宇宙中可能存在引力场为0的地方,被称为虫洞
4.宇宙中可能存在引力无限大的地方,被称为奇点
5.强引力场或加速度使时间变慢
6.波长变长、频率降低,用于天体移动及规律的预测
↑ 最后一个就是去年正式被探测到的引力波。
鉴于之前爱因斯坦预言的实现,那么科学家们自然会对最后一个预言坚持不懈地探索。
引力波对于人类未来的作用可能就是科学家们乐此不疲地探索引力波的另外一个原因了。
3.引力波不是从石头里蹦出来的
引力波不是凭空而来的,我们要知道哪些地方或者在什么样的环境下可以产生引力波才可以去捕捉它,并在未来世界好好利用。
在非常遥远的太空中,两个巨大的黑洞互相环绕,突然合并成一个更大的黑洞。在这个过程中就产生了引力波。同时,黑洞间的碰撞和超新星爆炸都可以产生引力波。
而探测到引力波的美国LIGO团队的科学家们,使用更加灵敏、精度更高的测量仪器,由两个臂长4公里的部分组成,通过激光来感受到空间的长度,就可以探测到非常微小的变化。他们还把这个波型通过计算机合成变成了一段人的耳朵可以听到的音乐,大概短于0.1秒,但非常美妙。
4.引力波到底可以为人类带来什么?
《三体》的作者刘慈欣就想象:如果有一种引力波,是否就可以通过它实现通讯?这是一个什么原理呢?
首先,我们知道日常生活和电磁波关系密切。平时用的手机、电视机等诸如此类的发明都与电磁波有关。但是由于电磁波不能穿透物质,即便只是碰到一点点比较厚的东西,比如浓重一些的雾、水汽,都会对电磁波形成障碍。所以只要是我们通过电磁波的通讯,往往要借助于卫星。
举个例子:我们如果和美国那边通讯,通过电磁波是无法直接通讯的。
相反地,因为引力波尽管极其微弱,但它不会被物质吸收,也不会受到物质的阻碍。也就是说,引力这个东西因为很弱,所以不太容易被物质所阻挡。那它就是很好的通讯介质。
所以这里的对引力波未来作用的猜想或许是:一旦实现通过引力波来完成通讯,我们不仅可以在宇宙任何一个角落进行通讯,我们还可以适当地减少太空中的通讯卫星数量,减少太空垃圾。
既然有可能实现无障碍空间通讯,那我们是不是可以依靠它来帮我们连接别的星球的未知文明呢?
5.引力波或许可以帮我们找到新的星际文明
因为引力波穿透性强的特点,我们寻找到外星物种的机率也大大增加。也因为这个特点,我们与外星文明无障碍通讯的机会也会越来越多。引力波可以让我们在太空中进行通讯。
《三体》中有一段挺有意思的故事,它讲到人类和三体人的对抗,主人公罗辑发现可以通过太阳放大电磁波来建立人类与其他更高级智慧文明之间的对话,以及标出人类的敌人三体人的位置,这样就可以摧毁三体人。但是三体人自己也发现了引力波,而且他们还人工制造出了引力波。那么这里又有一个新的问题了:人类有没有可能制造出引力波?
6.我们有没有可能人工制造出引力波天线?
答案是不确定的。我们不知道未来会发展成什么样子。就好像1888年赫兹发现了电磁波之后,他没有料到未来会出现无线电报,没有料到会出现广播,更没有料到会出现电视,当然,他更无法预言乔布斯发明了Iphone。
从现在的技术角度来说,人工制造出引力波的难度非常大。尽管我们真的发现了引力波的存在,但是我们依然很难预计引力波在未来将会有多么巨大的应用。或许大概在两个世纪之后,引力波的发现将会在人类的生活中实现巨大的应用。
多少年前,谁都没有想到人力交通会被机械交通代替;多少年前,谁都没有想到火光会被电光代替;又是多少年前,谁都没有想到人声传话会被现代的无线电话代替。如果未来人类可以驾驭引力波,驾驭宇宙中的能量,那人类文明就会从立体交通时代正式进入大航天时代。七个预言中的最后一个预言实现,我们可以召唤爱因斯坦了。
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