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日期: 2016-02-12 | 来源: 岳东晓博客 | 有0人参与评论 | 字体: 小 中 大
美国科学家们宣布了一个重大新闻，引力波终于被探测到了。美国两个相距3000公里的 LIGO 站（激光干涉引力波观测站）同时探测到了一个长达 五分之一秒，频率由35赫兹增快到150赫兹的“低音”信号。经过分析表明，这是距离约10亿光年以外两个约30倍太阳质量的黑洞快速绕对方旋转并且迅速合并为一个黑洞发出的引力波。计算表明这个引力波的功率是整个宇宙的光功率的几十倍。爱因斯坦预言引力波之后100年，人类终于非常肯定地探测到了这个时空本身的波动。这对我们进一步打开自然奥秘之门，了解我们所在的宇宙的过去与未来将有非常重要的意义。不仅如此，相关的探测技术令人惊诧 ，足以体现美国在高端科技的大规模投入以及美国目前在科技领域的高度领先。
那么，什么是引力波？ 这要从什么是平直空间讲起。中国古代发现了勾股定理，勾三、股四、弦五 （古希腊称为毕达哥拉斯定理），直角三角形的斜边长度的平方等于两个直角边长度平方的和。其实这个关系隐含了一个假设，那就是空间是平直的。如果在球面上画一个直角三角形，勾股定理就不成立了。人们一直假定，我们所在的三维空间是平直的。一百年前，爱因斯坦发表了他的引力理论 --- 又称为广义相对论。在这个理论里，时间不再是均匀地流逝，三维空间也不再平直，而是会因为物质能量等的分布而变化，勾股定理也就得修改了。
爱因斯坦引力场方程的左边是空间时间的弯曲度，右边是引力源（能量、动量张量），左边等于右边。对于右边不变的情况，在引力弱的情况下，爱因斯坦场方程得到与牛顿的万有引力基本一致的结果，但仍然有极为微小的差别。例如，地面上的时间会比1000米高处的时间流逝要慢，尽管差别只有10万亿分之一，但已经被实验验证了。
既然时空的弯曲度与当引力源有关，那么当引力源随时间变化时，时空的弯曲度也会随时间变化。这种弯曲度的变化不会停留在一处，而是会传播开来。这就是引力波，又叫做引力辐射。比如地球绕太阳公转，转一圈是一年；地球作为一个引力源在周期性运动，这个周期性变化就会产生引力波，其波动的频率是每年两次，波长 30万*365*24*3600/2 = 4.7 万亿公里。具体的计算都可以通过爱因斯坦的场方程进行，而且由于是弱引力的情况，相关的方程得到大大的简化。其真空方程正是一个波动方程
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