引力波介绍及探究资料.ppt

引力波 Gravitational wave 广义相对论 ，那就是：时空命令物质 如何运动，而物质引导时空如何弯曲 。 当物质的分布改变时，时空也会相应 变化，这一变化以光速传播开去，就 好像在平静的湖面上丢下一粒小石子 ，湖面就会有一圈波浪向外荡去，时 空也会将涟漪向外传开， 这便是引力波了 引力波最早的提出者：爱因斯坦 引力波 --- “时空的涟漪 ” 1. 空间三维 + 时间一维，这样时空就是四维。 时空就是时间加空间，是一个整体。 比如：你就处在一个时空里。因为，此时此刻（时 间），你一定在某个地方（空间） 同样，人们的宇宙也是时间加空间，所以宇宙就是 四维时空。 2 ：时空告诉物质如何运动； 物质告诉时 空如何弯曲 物质（有质量的东西，可能是能量，因为能量也有 质量）如何在它的时空里运动，取决于它所处的时 空性质。另一方面，只要有物质存在的时空，就会 弯曲。弯曲程度、怎么弯曲，取决于它肚子里的物 质质量大小以及分布。 他认为物体之所以会互相吸引是因 为 重的物体扭曲了时空，其它物体 则选择了扭曲时空中的最短路径。 爱因斯坦的广义相对论： 爱因斯坦 通过数学 方法发现 时空结构 是弹性的， 就像蹦床。 引力波的产生 任何具有质量的物体，或是剧烈的加 速过程都会产生引力波。 引力波实在是很“懒”，很少与物 质发生任何作用。 假设一列引力波 以平面波形式传播，在真空的宇宙 空间中，它不会有任何衰减，永远 传递下去。但如果存在物质，就会 与引力波相互作用并吸收一部分引 力波携带的能量。 引力波探测的难度 假设迎面走来一串引力波，你会变高变 瘦，接下来变矮变胖，再变高变瘦 ?? 当然，想靠引力波改变体型是不可能了 ，除非你就站在引力波波源附近（友情 提醒：黑洞有 100 种方法让你在它旁边活 不下去，如果你想试试，黑洞是不介意 陪你玩玩的），否则引力波只会把你的 身高拉高（然后压扁）那么一点点 —— 大概就是一个氢原子的 100 亿分之一 吧。 引力波探测的难度 理论研究表明，引力波是横 波 ， 以光速传播。 由于它的高度非线性，它不 具有像电磁波、机械波的反 射、干涉、衍射等性质，也 不满足叠加原理。它的作用 截面非常小．穿透能力非常 强。 它能穿越时空穿透地球。因 此它 能携带古老而遥远的信息， 但它又是非常微弱的。因而 探测引力波首先必须对引力 波源进行分析。 由两个黑洞产生的引力波的 3D 示意图。图片来源： Henze,NASA 引力波的测量困难得异乎寻常，这并不是 说引力波的源释放的能量微弱。恰恰相反， 像上述的致密双星并合过程，应该说是宇宙 中最为剧烈的事件之一 —— 它所释放的能量 ，远远超出太阳一生释放能量的总和，而这 么大的能量往往集中在最后的一秒之内爆发 ，所以在那一刻，整个宇宙中所有别的天体 释放功率的总和都及不上它。 幸运的是，它几乎不和物质相互作用，这就意 味着来自核心区域的信息可以畅通无阻地冲出来， 传播到遥远的宇宙空间去。不幸的则是，它几乎不 和物质相互作用，也意味着哪怕引力波携带着巨大 的能量从探测器经过，也很难留下任何蛛丝马迹。 引力波的探测 可能的引力波源可分为两大类． 天体引力波源和实验室 ( 人工 ) 引 力波源。 引力波人工源 爱因斯坦在 1916 年 提出了一个旋转棒 的方案： 用一根二 十米长、五百吨重的 钢棒，以非常快的速 度绕棒的中心旋转， 就能产生引力子来。 不过，要使这样的庞然大物飞速旋转，实在太困 难了，即使旋转了，从目前的技术水平来讲，人 们还是找不到引力子的，因为用这种方法产生的 引力子是非常微弱的。 韦伯棒 上世纪 60 年代，美国马 里兰大学的约瑟夫 · 韦伯 （ Joseph Weber ）建造 了一个直径一米、长度 两米的铝制圆柱体。 当引力波经过 圆柱体时，引力 波会迫使圆柱在 不同方向上不断 地拉伸和压缩。 激光干涉 美国加州理工的著名引力学家基普 · 索恩 （ Kip S. Thorne ）关注到了这个新方法 于是，在上世纪 90 年代，由加州理工和 麻省理工合作主导的 两个激光干涉引力波 观测台 （ LIGO ） 正 式开工建设。