引力波有什么作用?

邝琬帛邝琬帛最佳答案最佳答案

“引力波”这个名称可能没那么准确,不过也没有更好的叫法了。 引力波的本质是时空的波动,由爱因斯坦方程组的解产生的。你可以把解展开成复数形式,然后把某个点看作是坐标原点,那么任何其他点的位置都可以表示成一个位矢 r,它的模就是该点到原点的距离。然后你可以让原点随时间移动,这样 r 和时间一起就可以完全确定一个点的行为。

当然,你也可以把另外一个点当成原点,这样所有点的位置变化就可以用另一个时间的导数来表示,如此可以把整个宇宙的全部信息都包含在一个二维函数的一个导数里。这种函数称为爱因斯坦方程组的解。如果加上物质场(比如引力场)和能量的条件,解的形式会大大简化,但本质仍然成立。 引力波的概念就是这样来的——当原点运动时,它会在空间产生波纹,这被称为引力波。你甚至可以类比电磁波,想象一下有引力波波纹的以太。

事实上,因为光速极限的存在,相对论中不存在超光速的现象,也就是说不可能有像电荷那样存在的质量中心。所以相对论中不存在类似于电磁波的东西。 但是如果我们抛开绝对速度的问题,把物体运动造成的速度改变看做是相对于某一参考系的速度,从而可以理解作电磁现象中的电荷移动生成电流从而产生电磁波的过程的话,我们就可以在相对论的背景下引入引力波的存在了。

由于引力的传递不需要任何介质,因此它可以以光速传播。而且因为没有参照质量的存在,所以不会造成多普勒效应,传播频率永远不会变化。 这时候引力波可以被理解为时空的波动,它携带了全部关于空间和时间的资讯。 如果说广义相对论给了引力波一个概念上的基础,那量子力学则从另一个角度赋予了它意义。 量子力学的伟大之处在于它能够提供微观世界的一套完备的理论,由此我们可以解释许多微观乃至宏观的物理现象。但它也有一个不可克服的难题,那就是不确定性原理使得我们无法同时精确测量物体的位置和速度,也就是无法同时精确确定物体在时空中的位置。

尽管我们不相信上帝粒子,但我们必须接受不确定原理。如果不加考虑地把它应用到实际问题的分析当中去,我们将面临一系列无法解决的问题。比如两个相距很近的物体如何确保他们不会相撞?它们之间的引力波如何能彼此不影响地传过来? 一个可能的解决方案就是承认存在某种媒介,它使得引力波能够传输而不会互相干扰。一种可能性就是光子,另一种就是某种未知的媒子。

不论是什么情况,这意味着引 力波是一种有可能被探测到的物质或能源形式。

欧香妃欧香妃优质答主

探测引力波,不仅提供一种全新的观测宇宙的重要手段,使人们有可能观测到早期宇宙,以解开宇宙诞生之谜,而且引力波在通讯、地震及勘探等方面有着广泛而重要的应用,因而,关于引力波的产生、传播和捕获特性研究显得十分重要。从应用的角度考察,引力波探测主要有以下几个特点和优势:

对空间和时间的高灵敏度。根据预期,地面LIGO可探测距离达几十兆光年;空间LISA探测距离更高达几十亿光年,覆盖了几乎整个宇宙。它们可探测小至质子大小的10-15量级的形变,可对空间、时间以及物质做迄今为止最灵敏的测量。

无电磁干扰。与利用电磁波的传统天文观测不同,引力波观测可避免电磁辐射产生的各种噪声干扰。引力波的相互作用非常弱,引力波通讯和导航不易受天体本身或其它天体的电磁辐射和宇宙线干扰。

穿透能力强。引力波几乎不与宇宙中的物质发生相互作用,而电磁波信号在某些区域则可能被天体的活动“屏蔽”,因此引力波可以直接从源传播出来,而无需担心信息在传播中丢失。即或电磁波无法从源头直接传播出来,被源头周围的气体介质所“封锁”,也难以掩盖其辐射的引力波。像LISA这样的探测器就能观察某些低频电磁辐射被“封锁”的天文源。人们坚信,宇宙在大爆炸之后最初时刻有特殊的电磁辐射(即宇宙背景辐射),但是从那个时期辐射出来的引力波在穿过宇宙传递到地球时基本不耗散能量,不损失信息,几乎毫无阻碍地直接传播。引力波携带着宇宙诞生初期爆炸的信息,具有极高的物理学研究价值。“直接探测到时空扰动的涟漪,将是对在爱因斯坦时空模型中旅行的最好证明”。

多信使天文观测和研究。引力波探测与其它天文观测的互证关系在天文研究中具有重要意义。如果像预期的某些引力波源也能用常规望远镜观测,则引力波源的电磁探测可提供源的光谱和空间位置信息,而引力波观测则可提供源的偏振、空间分辨和质量演化信息,二者结合可极大地促进对天体量天尺、天体物理和天体进化等方面的研究。

我来回答
请发表正能量的言论,文明评论!