引力是否能够产生波?为什么?

bdqnwqk7个月前问题19

感谢@头条科学派的邀请。引力是可以产生波的,那就是爱因斯坦在百年前预测,LIGO在前年直接探测到的引力波。

在广义相对论看来,引力并非一种真正意义上的力,而是空间被物体弯曲之后产生的几何效应。无论是大如星系,还是小如蚂蚁,任何具有质量的物体都能弯曲空间。如果越大的质量集中在越小的空间中,该物体就能使周围空间发生弯曲的程度越大,所产生的引力作用也会越强。

当能够产生引力作用的物体在空间中加速运动时,这会造成空间曲率不断发生变化,从而辐射出引力波。这意味着正在走路的人、正在飞行的飞机和正在绕着太阳公转的地球都会制造出引力波,但这种效应极其微弱,根本没有办法探测到。

而在宇宙中,有些极端的过程,例如,两个互相绕转的中子星或者黑洞发生合并、超新星爆发,它们都会辐射出足够强大的引力波。LIGO首次探测到的引力波就是由双黑洞合并事件产生的,后来还探测到双中子星合并事件所辐射出的引力波。

谢谢邀请。看似一个简单的问题,然而在真正相信引力波存在却是经历了一段非常长的时间。让我们来简单看一下引力波研究的历史。在1915年爱因斯坦提出广义相对论之后的几个月,爱因斯坦本人就对他提出的场方程做了一些简单的近似之后,得到了一组波动方程解,这就是我们现在知道的引力波解。然而因为这个波的振幅极小,所以爱因斯坦开始并不是很确信这个波真的存在。而之后,爱丁顿证明了爱因斯坦引力波解当中,三个当中两个是因为坐标系转换的效应,并不是真实存在的,所以对于第三种引力波也就更是持怀疑态度了。到了30年代的时候,爱因斯坦和他的学生还进一步写文章说引力波在广义相对论的框架之下是不太可能存在的。然而在审稿的过程当中,审稿人发现文章当中存在着严重错误,最后引力波其实还是应该可以存在的。最终说服了爱因斯坦修改文章并且发表。等到了50年代的时候,在一次引力大会上,著名的物理学家费曼通过粘珠思想实验,最终让大家相信引力波是可以携带能量,并且也是可以存在的。在此之后,才真正地掀起了探测引力波的热潮。在之后的十多年当中,最为知名的引力波探测人员莫属于美国马里兰大学的韦伯教授,他所使用的是共振棒,但是很遗憾的,并没有其他科学家能够重复韦伯教授的探测,所以后来均被证明是假的探测结果。这让引力波探测陷入了低估。然后在1974年的一个非常偶然的发现,有为引力波探测注入了新的能量,这就是双中子星系统的发现,这个系统表现出公转的周期在递减,最后发现只能利用引力波辐射的理论得到完美解释,间接验证了引力波的存在。正因为此法现,两个发现者在1993年的时候分享了诺贝尔物理学奖。因为韦伯的共振棒失败了,所以之后的科学家就想用其它的方式探测引力波,其中就包括MIT的Weiss教授,他想到可以利用激光干涉的方式。之后和加州理工学院的Kip Thorne联合,最终在90年代开始建设我们现在知道LIGO探测器,在2000左右建成,经过10年左右的运行,然而并没有探测到。之后又进一步对设备升级,最终在2015年9月14日,探测到了来自于13亿光年之外的引力波,所以真正地确认了引力波的存在。

引力波的信号当中携带了很多的信息,通过拟合引力波形,我们可以知道产生引力波系统的很多信息,比如黑洞的质量,转动速度等等。所以引力波不仅仅传递了一些能量,也告诉我们宇宙当中天体的众多信息。

《三体》小说当中也提到了引力波,可以用来向其他生命传递信息的一种工具。尽管引力波是可以携带信息,但是因为引力产生非常困难,所以把它当做一种交流信息的工具的话,是不太现实的。