太空存在的引力场引力波物质可以通过设备转化成为动力和电力嘛！

点击联系发帖人 时间：2022-09-27 04:39

核膜能通过哪些物质

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2月11日，LIGO（激光干涉引力波天文台）宣布：发现距离地球约13亿光年的两个黑洞并合产生的引力波。此发现不仅证实引力波的存在，而且补上了爱因斯坦提出的广义相对论一块关键的拼图。

如果爱因斯坦现在还活着，他将会再次获得诺贝尔奖。当然今天引力波的发现者也有充分的理由荣膺这一殊荣。

广义相对论为什么要改变引力观

为什么苹果总是垂直地落到地面？为什么不从侧面又或是向上，而是永远朝向地球的中心？一定有某种力量把苹果垂直地拉向地面。这种力量甚至可以延伸到更远的距离以至于整个广袤的宇宙空间。正是引力把宇宙中的物质聚集在一起，孕育了璀璨的宇宙结构乃至生命。

1687年，牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中正式发表了他的引力理论：“宇宙中每个质点都以一种力吸引着其它各个质点。这种力与各质点的质量乘积成正比，与它们之间的距离平方成反比。”引力并非只存在于特定的质点之间，而是普遍存在于宇宙中任何两个质点之间。因此引力是“万有的”。那个时代的人们信奉绝对的时空观：时间就是时间、空间就是空间，这两者是截然不同的两个概念。在牛顿引力理论中质点间引力相互作用的传递不需要时间，而是在空间上瞬间传递。这种观念主导了之后两百多年人类对引力的认知。

直到1905年，爱因斯坦提出狭义相对论才打破自牛顿以来建立的绝对时空观。在狭义相对论中，时间和空间不再是完全独立的概念：时间和空间是相对的。无论光源如何运动，真空中的光速对于不同的观测者都是有限且一样的，而且任何相互作用的传递都不能超过光速。这明显与牛顿引力理论相冲突。

为了协调牛顿引力理论和狭义相对论，1915年爱因斯坦提出了广义相对论。引力被解释为时空几何的弯曲，这种弯曲又直接由时空中物质的能量动量张量决定。地球对苹果的引力源于地球巨大的质量扭曲了地球周围的时空，苹果在被地球扭曲的时空背景上向着地心运动。就像在一张蹦床中间放置一个铅球，这个铅球改变了蹦床的形状。如果再在蹦床上放置一个网球，那么这个网球就会向着这个铅球的中心滚落。看上去就像是这个铅球在吸引着这个网球向它靠拢。对普罗大众而言，广义相对论听起来像是一个高度抽象而又与大家每天的生活完全无关的理论。事实绝非如此！比如现在广泛使用的全球定位系统就需要计入狭义和广义相对论的修正才得以实时地精准测定地面上物体的位置。

在牛顿引力理论中引力是瞬时传播的，因此没有引力波。但是，在广义相对论中物质对时空几何的影响不是瞬时的，引力相互作用传递的速度不能超过光速。这种传播速度的限制导致引力波的存在。加速一个有质量的物体时，这个物体所产生的时空弯曲所发生的变化会以光速像波一样向外传播。这就是引力波。1916年爱因斯坦写下了广义相对论中引力波的精确公式，从而预言存在以光速传播的引力波。

“激光干涉效应”是个天才设想

当引力波迎面穿过遥远的观测者时，观测者会发现他一会儿变高变瘦、一会儿又变矮变胖、一会儿又变高变瘦，如此循环往复。

尽管爱因斯坦预言存在引力波，但是由于引力波辐射的能量常常过于微小，以至于在所能想到的情况下引力波辐射都是可以忽略不计的。地球距离半人马座如此遥远以至于光都需要跑上大约/4137.shtml

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爱因斯坦的广义相对论是20世纪物理学上的重大成就，其理论体系之完美，吸引了众多的物理学家。然而在实验上或者在观测上都是获得了哪些实际应用呢？迄今为止，令人震惊的例子是很少的。

迄今的实验和观测几乎还全是停留在验证广义相对论是否正确上。最近，虽然发现了在天文学上十分重要的引力透镜效应^（*1）和MCHO^（*2），但目前广义相对论的最有效应用还只是在确定行星轨道或者行星探测飞船轨道时对相对论效应进行修正。

广义相对论之所以很少获实际应用最主要的原因是引力场远比核力或者电磁力要小，

广义相对论正确到什么程度

广义相对论显得重要的领域是强重力场，具体地说，脱离该重力场所需的逃逸速度可与光速相比拟。

如果用ε表示逃逸速度V与光速c之比的平方，那么在地球上ε=10^-9，在太阳表面ε=10^-6，都是十分微小的。

迄今，广义相对论只是在ε非常小的领域内从实验上获得了验证，1993年获诺贝尔物理学奖的、验证广义相对论的脉冲双星，其ε也只是10^-6左右。而在广义相对论真正起重要作用的ε近于1的领域，现在还几乎没有观测或实验验证。

当然，广义相对论对宇宙起源及演化，星体演化研究也有重要作用，这方面的观测还是较多的。例如，对表面上ε＞0.2，引力起主要作用的中子星的观测是X射线天文学和射电天文学中活跃的领域。但是从验证广义相对论这一点来看，这些天体的其他有关参数不确定性很大，还不能正确地推求相对论效应。

对物理学和天文学的新期待

现在人们正期待着探测到由于双中子星合并而产生的引力波 · 如果能探测到这种引力波，那么就有可能在广义相对论起主要作用的强引力场中第一次从实验上验证广义相对论。如果能在强引力场中证明广义相对论是正确的，那么以模型为先导的宇宙论、星体演化等理论就可以放心地使用了。反之，如果证明在强重力场中，广义相对论是不正确的，那么这将是现代物理学中的一个重大事件。

多数物理学家认为不会出现证明广义相对论是不正确的事件。但是回顾20世纪物理学的发展，它大大地超越了传统的牛顿力学或麦克斯韦电磁学的界线。从现在开始，再过100年将会怎样呢？展望21世纪的物理学，获得超越现代物理学范畴的新发展是极有可能的。特别是人们正期待着像高能物理、宇宙物理这样的要求巨额投资的大科学给物理学和天文学带来革命性的变化。

为使期待变为现实，欧洲宇航局（ESA）计划于2003年发射的中型科学卫星执行的7项计划之中，就有两项与引力物理学有关。其一是为验证广义相对论的等价原理和探求除核力、电磁力、万有引力之外的“第5种力”的STEP计划，另一项是要在宇宙空间建造巨大的激光干涉仪引力波天线的LISA计划。

沿地球轨道运行的500万公里的干涉仪

STEP计划是在失重状态下进行的自由落体实验，目的在于观测质量、材料不同的物体下落的差异。而LISA计划是发射4颗围绕太阳旋转的、其轨道与地球轨道相同的卫星。由这4颗卫星构成一个臂长为500万公里的激光干涉仪。

地面上的激光干涉仪，激光只是单纯地被反射镜反射回来，而宇宙中的激光干涉仪，由于反射镜间的距离很长，从中央的激光器发出的激光在到达两端的反射镜时就很弱了，入射到反射镜上的光，需经过同步放大后再返回中央。

这种引力波天线卫星，需要将行进了500万公里之长的距离的光聚集在数十厘米大小的镜面上，这是—项极为复杂的技术。为了极精确地控制光的传播方向，需要开发很多迄今世界上还没有的新技术。例如用能控制非常小的推力的微控制器来补偿太阳光的压力或其他压力等。

除了在宇宙空间建立引力波天线外，美国宇航局的喷气推进研究所还提出了建立围绕地球运转，距地面60万公里的引力波天线。

以上这些计划，无论哪一个都是以地面上的引力波天线技术的最新发展为基础的。例如，根据地面上的实验结果，作为激光光源可使用由半导体激光器激励的YAG（钇铝柘榴石）激光器，这样就可使装置高度轻量化和小型化，从而使得在宇宙间建立激光干涉仪引力波天线成为可能。

宇宙激光干涉仪引力波天线要探测的频段是1-10^-4赫兹的引力波，比地面上的引力波天线的探测频段低得多。宇宙引力波天线的观测目标是双中子星、大的黑洞或星系中的星体碰撞所产生的引力波，另外还有宇宙诞生时发出的背景辐射。

对如此低频的引力波进行探测，迄今为止，有过两次。其中之一是精密的测定在太空中飞行的“旅行者”号行星探测器距地球的距离。引力波会使这一距离有起伏，因此根据探测到的距离变化就能检测有无引力波 · 这一探测技术称为多普勒跟踪，它能测得频率约为10^-4赫兹的引力波。

对毫秒脉冲星进行定时测量，可以检测频率更低的引力波，在脉冲星之中，有一种以极快速度旋转的单星体中子星，它以毫秒的脉冲间距发出毫秒射电脉冲，这种星被称为毫秒脉冲星。毫秒脉冲星在10⁷~10⁸秒（年的量级）的时间范围内均匀地发射脉冲，因而利用它有希望建成比地上的原子钟更为精确的时钟，另外，如果能正确地测定脉冲星的脉冲周期，此周期起伏就表示有引力波信号存在。但据估计，利用这一手段检测，还需要将探测灵敏度提高2~3个数量级。

为了填补地面引力波天线和LISA计划之间的间隙，还有人提出了在月球上建立引力波天文台的设想。

地面上的公里级的引力波天线，大约在本世纪内或者下世纪初就可运转。这类引力波天线的探测目标是脉冲双星并体或超新星爆发时产生的引力波。但是脉冲双星并体或超新星爆发会在哪里发生，发生的几率有多大，就现在看，不可否认有关观测数据是不足的。不过有人估计，本世纪内在地面上接收到引力波的可能性大约在50%以上。

引力波探测最终会打开21世纪探测宇宙的新窗口，发展引力波天文学的意义也正在于此，为此，在较宽的频段内检测引力波是很重要的。

从探测波段看，LISA计划大大扩展了现有的观测窗口。同时它也大大地拓宽了观测对象，因此它是一项重要计划。另外，在这一计划中发展的技术不仅对物理学和天文学研究很有价值，而且从实用方面看，在未来的宇宙卫星间光通信上也能获得利用，因而这一计划又十分引人注目。

不管怎么说，大概到2010年，地面上的引力波天文台能够形成网络，也就是在这个时间，宇宙间的引力波天文台会开始出现。

［科学朝日（日），1994年5月号］

（*1）广义相对论预言的由于星体等的引力而引起光线弯曲的效应。由于此效应，一个更远的星体看起来是多个或者呈环状。

（*2）Massive Compact Halo Object之略。它是大小约为太阳的十分之一的看不见的星体，最近依靠引力透镜效应发现了它，MCHO有可能是宇宙中的暗物质，因而现在十分引人注目。

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引力波是什么？引力波的发现意味着什么？

　　于2001年首次投入运行，2015年升级重启的激光干涉引力波天文台就是专门为探测引力波而建设的。从2015年9月开始，关于它已经观测到引力波的传言不断，而就在前不久，又有物理学家在网上流出小道消息，终于引爆了大量媒体的报道。那么，引力波是什么？为什么探测引力波如此困难？用当前探测引力波的途径和方法取得了哪些成果？发现引力波意味着什么？

　　爱因斯坦广义相对论中有一个重要预言，如果大质量天体发生碰撞、超新星爆发等极端宇宙事件会产生强大的引力波。这是一种时空涟漪，就像波一样传递开来，数十年内科学家一直在寻找引力波，但都没有发现。2015年9月，美国亚利桑那州立大学有了新的发现，科学家劳伦斯克劳斯指出激光干涉引力波天文台发现了引力波，如果这个发现属实，那么将是一次轰动性的科学事件。激光干涉引力波天文台位于美国，从1999年建成开始，就一直在寻找引力波，近年来完成了新一轮的升级改造，目的就是发现引力波。

　　对于激光干涉引力波天文台的发现，也有科学家质疑这个发现成果，以至于有传言指出这个引力波信号可能是虚假信号。由于引力波非常微弱，探测引力波需要较高的精度，因此一个微小的误差都会造成假信号的出现，让引力波信号失真。激光干涉引力波天文台的研究人员冈萨雷斯认为现在给出数据还太早，发布引力波被发现的消息可能会引起误解。事实上这项工作仍然在验证之中，如果结果确定是假信号，岂不是最后变成了谎报军情？目前美国激光干涉引力波天文台的引力波发现所透露的消息不多，官方发言人称待结果确定后会公布。

　　[解读]引力波是什么？发现引力波意味着什么？

　　爱因斯坦广义相对论中有一个重要预言，如果大质量天体发生碰撞、超新星爆发等极端宇宙事件会产生强大的引力波

　　激光干涉引力波天文台的发现再次让引力波成为公众焦点，引力波的理论提出很早，但我们至今没有发现。引力波的基础理论来自广义相对论中的引力辐射理论，相对论中预言了引力波会产生于强引力场的天体事件。有趣的是宇宙中的强引力场天体非常之多，比如超大质量黑洞合并，脉冲星自转、超新星爆发等都是引力波的强有力来源。引力波与电磁波天文学又有不同的地方，比如引力波无法通过电磁辐射直接观测，引力波与宇宙中物质的相互作用是非常微弱的，可以传播至很远的宇宙空间。

　　引力波的探测目前仍然存在困难，科学家认为引力波尽管有间接的证据显示其存在，但直接证据缺乏。在过去十多年内，科学家通过毫秒级脉冲星信号的筛查来发现引力波，但是也没有结果。对此科学家也提出了几种可能性的解释，比如引力波或位于高频段上，中子星合并产生的引力波需要利用灵敏度更高的探测器进行观测。这也是为什么激光干涉引力波天文台每隔一段时间要升级的原因，如果在这个频段没有新的发现，就要继续升级。

　　[解读]引力波是什么？发现引力波意味着什么？

　　超大质量黑洞合并，脉冲星自转、超新星爆发等都是引力波的强有力来源

　　有哪些装置可探测引力波？

　　目前比较著名的要数激光干涉引力波天文台，1999年建成的时候，造价接近4亿美元，在美国路易斯安那州列文斯顿和华盛顿州的哈福德之间有两个探测器，呈现L型排列，利用迈克耳逊干涉仪原理进行测量引力波。L型测量臂很长，达到4公里，两个测量臂垂直排列，两端各有反射镜面。科学家认为激光在测量反射臂上来回反射，如果干涉条纹发生了变化，就说明探测到了引力波事件。2005年之后，激光干涉引力波天文台再次进行了升级，使用更高功率的激光器和避震措施，降低误差。

　　[解读]引力波是什么？发现引力波意味着什么？

　　激光干涉引力波天文台

　　在意大利的比萨附近也有类似的装置，一个双臂探测器长度达到3公里，是欧洲测量引力波的关键设备。德国汉诺威也有引力波测量装置，两个测量臂长度为600米。欧洲前不久还发射了LISA探路者航天器，定点在拉格朗日点L1上，距离地球大约150万公里。德国达姆施塔特是LISA探路者航天器的控制中心，探测器主要任务目的就是寻找宇宙中的引力波，内部带有2公斤的金铂合金立方体，数量为两个，为垂直放置，如果两个立方体位置发生变化，就证明探测到了引力波的存在。不过这个任务仅仅是欧洲空间局引力波空间探测计划的一部分，侧重于演示和验证。

　　[解读]引力波是什么？发现引力波意味着什么？

　　德国达姆施塔特是LISA探路者航天器的控制中心，探测器主要任务目的就是寻找宇宙中的引力波

　　发现引力波意味着什么？

　　引力波的发现意义重大，从科学意义上看，引力波可以直接与宇宙大爆炸连接。广义相对论中预言的引力波也可以产生于宇宙大爆炸中，这就是说大爆炸之初的引力波在137亿年后的今天仍然可以探测到。一旦我们发现了宇宙大爆炸时期的引力波，就可以揭开宇宙的各种谜团，甚至了解宇宙的开端和运行机制。因此也有这样的说法，如果引力波的发现被确定，那么几乎可以肯定会入选诺贝尔奖。1993年的诺贝尔奖就是授予了间接发现引力波存在的科学家，当时两位科学家泰勒和赫尔斯对脉冲星双星系统PSR1913+16进行研究，发现其系统内有两颗中子星，它们快速围绕对方公转，最终发现了引力波间接证据。

　　[解读]引力波是什么？发现引力波意味着什么？

　　一旦我们发现了宇宙大爆炸时期的引力波，就可以揭开宇宙的各种谜团，甚至了解宇宙的开端和运行机制

　　2014年3月，BICEP2望远镜科学家称发现了宇宙大爆炸时期产生的原初引力波，这个发现瞬间轰动了世界，科学家在宇宙微波背景辐射中探测到B模偏振，认为这是原初引力波的证据。这个发现不仅意味着我们探测到引力波，而且还发现大爆炸时期的引力波，更令人惊讶的是根据这个理论我们甚至可以推出平行宇宙的存在。不过，很快BICEP2望远镜的发现成果被否定，科学家验证后发现是银河系的尘埃对观测形成干扰，这个发现是错误。

　　由此也可以看出，引力波对于现代天文学而言是多么重要，一旦发现引力波直接证据，我们就能够通过这个途径观测并研究它，进而揭开宇宙深层奥秘。（cnbeta网站）

中国光电子学和超快诊断技术专家、中国工程院院士

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