如果把引力比作大海,那么引力波就是大海中波浪的激荡
在了解引力波之前,让我们先来说一说引力是什么。
引力全称万有引力,又称重力相互作用,它是指具有质量的物体之间加速靠近的趋势,简单说就是物体之间相互吸引的作用力。它是自然界的四大基本相互作用力之一,也是自然界中最普遍存在的力,可以说是无处不在。
中国科学技术大学物理学院教授蔡一夫解释说,在经典力学中,万有引力被认为是带有质量的物体之间所存在的相互作用。然而,在爱因斯坦的广义相对论中,万有引力是由于存在质量对时空的弯曲所造成的现象。“广义相对论认为,物质的质量会使得时空弯曲。比如说有个人在一个沙发上坐下时,原本平整的沙发表面就立刻会向下凹陷,出现一个坑,而之前放在沙发周围的物体就有向坑中间滑落的趋势,于是就产生了万有引力。”
“在宇宙空间也是一样,比如把太阳、地球、恒星、黑洞等大质量的天体放在时空中,时空就会形成'凹陷弯曲’,万有引力也就产生了。”美国麻省理工学院物理系研究员苏萌说。
由此可见,在爱因斯坦广义相对论的视野里,引力等价于弯曲的时空。而引力波就是在弯曲的时空这个大背景下,当发生有质量的物体加速运动导致的扰动时,由此产生的波动如波纹一样向外传播的现象。“如果把引力比作大海,那么引力波就是大海中波浪的激荡。”蔡一夫说。
蔡一夫拿蹦床举例进一步解释说,“如果一个运动员站在蹦床上,他站着的那个位置就会形成一个凹陷,也就是我们所说的弯曲。如果这个运动员在那里一动不动的话,那个弯曲就像被扳弯的钢尺一直紧绷在那里。这种紧绷其实是在储存能量。如果他稍微动一动,跳一下,这个蹦床就会把他弹起来。为什么会被弹起来呢?就是因为之前储存的能量释放了。这个释放不仅是把人弹到了空中,而且使得这个蹦床表面从一开始紧绷的静止状态一下子变成反复起伏、上下翻滚的褶皱状态,这个起伏翻滚并传开来的褶皱就可以理解成一个波动的传播,即产生引力波。”
蔡一夫说,如果把宇宙空间比作蹦床,把黑洞比作蹦床运动员,它在宇宙这个大蹦床上通过碰撞、并合等方式蹦了一下,就会把之前储存的巨大能量释放出来,这种行为会扰动周围的时空,造成起伏和震动,这个能量就会以引力波的形式传递出去。这种起伏的程度越大,波动就越大,引力波也就越强。
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