当光遇到引力波,是继续直线前进还是会被引力波弯曲?
这个还用问,黑洞能够吸收光的现实,已经给出了答案。
在宇宙中光与引力波普遍存在,经常在一起,引力波与光能够相互作用,光子虽然很轻,但是它是高能量粒子,速度之最,所以只有引力波大到一定程度,才会改变光的运动方;再大到一定程度,才能被产生引力波的实体(比如黑洞)吸收掉。
如果你足够敏锐,答案是肯定的,你会看见光线的变化。不然激光干涉引力波探测器LIGO也探测不到引力波了,引力波能让光发生弯曲,或者说运动状态的变化,正是LIGO的基本原理。
为了让大家能深刻理解这一点,我们可以了解下LIGO是如何具体工作的?引力波的基本概念是什么?引力与引力波之间到底有什么关系?
LIGO的具体工作原理
LIGO是由美国华盛顿州和路易斯安那州的两套干涉仪组成,两地相距约3000米。两台探测器主要都是由两根4000米长的垂直真空管组成,各占地4平方公里,当年综合造价超过了10亿美元,可谓人类最高灵敏度的探测仪器。
具体灵敏度能达到多少呢?
形象点比喻,相当于在地球周长1000亿倍的距离的范围内,测量出比人头发丝直径还要小的细微变化。所以说,仅LIGO的设备就是一项跨世纪的科技成果,而其原理就是利用了引力波对光的细微变化。
干涉仪的真空管相互垂直,里面有一条同频率激光。当引力波经过时,由于引起时空的变形,固定长度的真空管空间如果被拉长,激光走的路就会变长;如果其空间被压缩,激光走的路程自然就会变短。
因为激光真空管相互垂直,所以引力波不管从哪个方向来,两束激光必定产生一长一短的光程差。这个光程差,就相当于引力波对光线造成的形变,但本质当然还是时空扭曲。
这微弱的一个光程差,就会使两束相干激光在光电记录仪上出现明显的波动。补充一点:虽然LIGO一个真空管只有4000米,但光束还会在真空管里,来回反射400次,实际上就是变相延展了光的路程,以提高敏感度。
据说,2015年9月14日LIGO测得的引力波信号只让真空管空间变形了一个质子直径千分之一的大小。
这样敏锐的捕捉力,不得不令人叹服!当然也正因为LIGO是如此敏感,周围的一切风吹草动也会引起它误判,所以LIGO必须有2套以上,才有意义,而且是越多越好(但成本问题所以只有两套,据说已在建第三套),而且每一次探测必须是两套以上同时显示出相同数据,才算为一次有效记录。
以上的LIGO探测实验事实,其实足以印证引力波对光的影响,但如何你想从整体概念上在来理解的话,不妨看看下面关于引力与引力波关系的简单描述。
什么是波?为何叫引力波?我们日常生活中,对波的概念最直观的印象就是来自水波。往平静的水面上扔一块石头,水面被激起很多的涟漪,这就是水波。
而你想没想过,水里可以产生波,只是站在水面外才能看见的现象。生活在水里的鱼能感受得到水波的存在吗??
从未离开过水的鱼,可能连水的存在都意识不到。那么水波对于鱼来说,就更难察觉了,水波经过鱼时,鱼不过是跟随水一起波动罢了。这就像你坐在一辆平稳行驶的车上,只要你不看车窗外的风景,你意识不到你在运动一样。
掀起时空“涟漪”的引力波和水波性质差不多,当然你不要把水波仅仅理解成水面的波动。水面的波动你记忆深刻是因为你能直观地看见,而在水里,你反而看不见。
水波,怎么产生的?任何在水里的加速运动都能产生水波,扔石头如此,在水里加速运动的鱼儿如此。
同理,任何物体在空间中的加速运动,都会产生引力波。
所以当你百无聊赖地挥舞左勾拳、右勾拳时,你就在制造引力波,只是你产生的引力波弱爆了而已。
“引力”与“引力波”一字之差的区别是什么?爱因斯坦对于引力的解释,大家都清楚了,就是时空的形变、扭曲,怎么说都行。有星球的时空总是弯的,不是直的。
引力是物质宇宙的一种宏观效果,而当引力产生变化时就产生了引力波。
简单比喻一下,你把一个铁球放在一个床垫上压出一个坑,这个坑就代表这个铁球附近的引力。如果你再大力地拍一下这个球,床垫就会在那一刹那产生一个上下形变的波动,这就代表引力波。
所以引力的本质就是空间发生扭曲,但它一般是固定的,而引力波本质也是空间发生扭曲,但这个扭曲是不固定。
两个黑洞合并,相互加速旋转就会产生引力波,最合并的那一刹那,相当于在空间里突然丢进一颗巨重的天体,它的突然出现压迫了时空,就会产生巨大的时空涟漪向四周扩散开来,这也是我们目前唯一能检测到的引力波信号的来源。
总结其实简单理解,既然引力都能使得光扭曲了,引力波当然也不在话下。
而对于引力波,只要你把空间,也像水一样,当成一种物质,其实就很好理解了。当空间产生忽大忽小不固定的扭曲或变形,它就形成了引力波。
空间这个物质,和其它我们日常接触的物质,直观感知上的不同就是,它不被物体的体积所挤压,只被物体的质量所挤压。另外,我们一直生活在其中,所以就难免“只缘身在此山中” 。
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