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梦想家论坛 留学生活区 休闲娱乐  ›【科普帖】简单易懂--告诉你什么是引力波
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[我来吐槽] 【科普帖】简单易懂--告诉你什么是引力波 [复制链接]

发表于 2016-2-17 15:12:19 | 显示全部楼层 |阅读模式

最近大家都被一个词刷屏了——“引力波”。

“物理学划时代成就!美国科学家探测到引力波的存在!爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”找到了!!

科学家们都疯了,大伙也不明觉厉地跟着兴奋。

不过,这显然是一件很复杂的事儿,不然科学家也不用耗费这么多年来探索了,所以,如果你感到困惑,也别太自卑。

双语君跟大家分享一个简单易懂的科普,一起来大致扫盲一下吧。

什么是引力波?

引力波

Gravitational Waves

[,grævɪ'teɪʃənəl]

❶ 100年前,爱因斯坦在他的广义相对论(General Theory of Relativity里首次提到引力波(gravitational waves)

1.jpg

❷ 如果把宇宙想象成一个巨大的蹦床(trampoline),这个蹦床的布料材质就是时空(space-time)。引力波就是在这个时空蹦床中泛起的涟漪(ripples)。

把一个保龄球和一个乒乓球分别放在这个蹦床上,哪个会沉得深一些?

2.jpg

没错!宇宙中也是如此:质量越大的物体产生的时空弯曲就越大(the more mass, the more space-time gets bent and distorted)。

❸ 将一个保龄球放在蹦床上,周围的时空因其质量而发生了弯曲,这时,一个乒乓球如果要在保龄球周围运行,就必然围绕其旋转,轨道(orbit)就是这么来的。

3.gif

所以,按照广义相对论的思路,“引力”(gravity)只是时空扭曲带来的必然现象

❹ 当两个巨大物质朝着彼此高速旋转时(spiral toward each other),它们就会以光速在周围扭曲的时空中传播出一波一波的涟漪(they send waves along the curved space-time around them at the speed of light)。

4.gif

质量越大的物体,产生的引力波就越大,也就越容易被科学家探测到。

The more massive the object, the larger the wave and the easier for scientists to detect.

❺ 通常引力波的产生非常困难。

地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进,发出的引力波功率仅为200瓦,还不如家用电饭煲功率大。

宇宙中大质量天体的加速(accelerate)、碰撞(collide)和合并(coalesce)等事件才可以形成强大的引力波。

5.jpg

比如黑洞的合并(black holes coalescing)

6.gif

巨大恒星爆炸(massive stars exploding)

7.gif

或者……

138万亿年前导致宇宙产生的大爆炸(Big Bang)

8.gif

这也就是为什么发现引力波有如此重大的意义,它也许能揭开着宇宙起源的秘密。

探测引力波的意义

❶ 它证明了爱因斯坦广义相对论中一个关键的预言,即引力波的存在,而爱因斯坦的理论改变了人类对于时间和空间等关键概念的认知(changed the way that humanity perceived key concepts like space and time)。

9.jpg

❷ 可探测到的引力波(detectable gravitational waves)为天文学打开了新世界的大门——科学家可以依据遥远恒星(faraway stars)、星系(galaxies)、黑洞(black holes)产生的引力波来测量它们的数据。

❸ 它间接证明了黑洞的存在——人类从未直接观测到过黑洞(never directly observed)。

如何探测到引力波?

❶ 引力波经过一个物体的时候,会导致其变形(distort its shape),随着波动的方向将其拉伸(stretch)或压缩(squeeze)。

10.gif

❷  这次发现引力波的“激光干涉引力波天文台”(LIGO, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory),就是通过激光来捕捉这种变形(to pick up such distortions in laser light beams)。

❸  LIGO观测台包括两条垂直的(perpendicular)探测臂,每一边为4千米长。

11.jpg

简单来说,激光光源发出的光束一分为二,沿着这垂直的两个方向前进,在末端分别会遇到一面镜子,并被反射回起始点。


若有引力波通过,便会引起时空变形,一臂的长度会略为变长而另一臂的长度则略为缩短,这样就会造成光程差发生变化,因此激光返回的时间发生任何的变化,都可指向引力波产生的影响。

▌看过了以上浅显的解释,这里还有一个非常形象生动的视频,能帮你更清晰地了引力波的整个概念。

12.gif


今天的科普到此结束,小伙伴们,看懂了吗?

13.jpg


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