[转载]漫话引力波

原文地址：漫 话 引 力 波作者：hxd2050

  

 

当年，牛顿以数学形式表述了万有引力定律，使人们对引力有了初步的认识：引力是物质世界的一种客观属性，是一种即时超距作用，不需要传递的“信使”。任何物体附近都存在引力场，引力场也是一种特殊的物质。并在成功解释彗星回归、海王星的发现等问题上得到验证。但是，牛顿引力理论后来在解释水星近日点进动等问题上遇到了困难。爱因斯坦于1916年提出了广义相对论，并预言宇宙中存在着引力波。爱因斯坦认为它是一种和电磁波一样的波动，是时空曲率的扰动以行进波的形式向外传递，是以波形式传播的时空扰动。

引力波又称引力辐射，由加速运动的物体产生，在时间——空间结构中引起波动，并造成物质的变形。在广义相对论领域里，引力以弯曲的时空存在，如恒星和星系对其他天体的影响是通过弯曲的时空而不是直接起作用。当恒星或星系改变其质量或运动时，其周围时空产生相应的扰动，以引力辐射形式向外传送，所到之处使其他天体发生扭曲和变形。

引力波非常难以测量，因为当他们到达地球的时候已经变得非常微弱了。甚至爱因斯坦都认为引力波可能永远也探测不到。技术上来说，要观测到引力波也是难上加难的，有人比喻为，测量银河的宽度的误差保持在3厘米之内。

我们日常所接触的物体之间，引力波极其微弱，根本无法直接感知。例如一个电子产生的磁场要比它所产生的引力场强400亿亿亿亿亿倍；像氢弹爆炸这样骇人听闻的现象所产生的引力波，也在现有探测器的灵敏度之外。只有在天体引力崩坍，如超新星爆发、中子星自转、黑洞和星系核相撞等宏观天体剧烈运动产生的引力波造成的时空畸变，才有可能被检测到。

多年来，许许多多科学家致力于引力波的搜寻。但直到1974年10月，美国普林斯顿大学的约瑟夫·赫尔斯和拉塞尔·泰勒，应用世界上最强大的射电望远镜“阿雷西波”，发现距离地球1·6万光年的脉冲星PSR1913+16，与它的黑暗伴星互绕。他们认为，这是最适宜于检验引力波理论的双中子星系统，并为此进行了近20年的跟踪观测、研究，终于发现了PSR1913+16以300千米/秒的速度转动周期，4年之间缩短了0.414秒。这意味着它的质量因不断辐射引力波而逐渐耗损。公转周期的变小率为（-2.40±0.09）×10（-12次方），这与根据广义相对论的引力辐射阻尼理论预言的数值（-2.403±0.002）×10（-12次方）相吻合。从而间接证明了引力波的存在。赫尔斯和泰勒也因此荣获1993年度诺贝尔物理学奖金。

这一发现引起物理学界的极大震动。普遍认为这项研究可能获得的成果或许将实现人类恒星际航行的梦想，而且将为人类展现出一幅全新的物质世界图景。

人们还不能直接探测到引力波，因为它的能量在广阔无垠的宇宙空间中被大大“稀释”了。如果能靠近一颗超新星，引力波就会把周围的一切撕成碎片。但等引力波到达地球时，它只能令时空产生极其轻微的波动。

如果直接探测到引力波，我们将获得一种观测宇宙的全新方法。目前对于宇宙的了解大都是通过光学途径获取的，而引力波有可能成为了解遥远天体的新手段，它将帮助我们获取许多新知。

在对于宇宙的认识过程中，我们不断向深度和广度迈进，但永远不可能洞察宇宙的全部奥秘。

 

胡豫生  写于2000年10月发于2008.12.16