引力波的記憶,時空的永久彎曲,尋找引力波的另一途徑

2020-12-05 Space科學

「記憶」是生物特有的一種大腦運作結果,是生物在做某件事或者重複做某件事時所形成的一種大腦行為,但是只有生物有記憶嗎?

原來黑洞合併時產生的引力波也會留下記憶,引力波產生後,會從源頭開始向外產生漣漪,經過星際空間,而引力波經過某些星際空間時,就會導致該時空被永久彎曲,而正是這樣永久彎曲的時空,讓引力波具有了留下「記憶」的行為,並且我們人類可以通過這種方式去尋找引力波。

黑洞融合併產生了引力波

引力波在宇宙中的晃動,是一些可能發生的宇宙重大災難性事件在時空中形成的漣漪。我們藉助地球上的雷射幹涉儀引力波天文臺和「處女座」引力波探測器我們可以檢測到引力波在地球上經過時最強烈的漣漪。但是引力波在經過時會留下記憶,時空的永久彎曲,我們現在也即將能夠檢測到這一點,從而使我們對引力的理解推向極限。

重力波

儘管已有一百多年的歷史了,但愛因斯坦的廣義相對論還是我們目前對重力作用方式的理解。在這種觀點下,空間和時間被合併到一個統一的框架中,這被稱為(「時間」不出意外)時空。這個時空不僅是固定的階段,而且會隨著物質和能量的存在而彎曲。

時空的彎曲,扭曲會繼續影響物質的運動情況。從相對論的角度來看,從光到飛速的子彈再到爆炸的宇宙飛船的,這些所有東西都希望沿直線傳播,但是它們周圍的時空發生了扭曲,迫使它們全部遵循彎曲的軌跡,就像我們開車時,本試圖以直線的方式越過山路,但卻因為峰谷的地形而不得不遵循該地形行駛。

愛因斯坦

我們所謂的「 引力 」是所有時空變形的結果,而且在其中運動的物體也別無選擇,只能跟隨其周圍的時空曲線來做相對運動和起伏,與其他任何柔性表面一樣,時空不僅會彎曲而且它也會震動。

比如你站在蹦床上,則需要一個力將蹦床向下彎曲。如果有人試圖在你附近的蹦床上行走,他們會感覺到你的「重力」並被迫走彎曲的路,但是距離你足夠遠,他們甚至不會注意到你的重力影響。但是,如果你開始在蹦床上跳來跳去,你會在跳動的整個過程中發出波浪和振動,隨即他們的運動行為會受到你在蹦床上跳動所產生蹦床彎曲的影響。

時空曲線

回憶過去

引力波以相同的方式作用,通過時空本身的脈動傳遞能量,這些漣漪幾乎來自所有可能的運動,但是因為重力是自然界中相對較弱的力量(它是數十億倍的自然界最弱的力量),而引力波卻仍比它弱,因此只有最有活力的運動才能產生漣漪,並且被地球上的儀器探測到。

到目前為止,我們的引力波天文臺和處女座已經發現了數十起災難性事件,其中涉及大量黑洞和中子星的合併。這些事件產生的引力波在整個宇宙中蕩漾,席捲地球。當它們這樣做時,它們通常會略微移動(例如小於原子的寬度),甚至我們現在可能會因為數十億光年之外的暴力事件在引力波的作用下被擠壓和伸展。

我們可能會認為事件一旦浪潮過去就結束了,就像破碎機在沙灘上撞向你並衝向海岸一樣,但是引力是一件棘手的事情,引力波仍然更棘手。幾乎任何類型的運動都會觸發重力波的產生,從黑洞相互碰撞到揮手揮舞,包括引力波本身。

隨著引力波在時空中的波動,它們成為新的引力波的來源,而引力波又成為新的引力波的來源,引力波又成為新的引力波的來源,如此反覆。新一代的波浪都比上一代的弱,這種影響被科學家稱為時空的「記憶」,即在引力波通過後留下的時空的永久變形。

展望未來

由於由引力波產生的引力波是如此微弱,因此我們尚未找到這種時空「記憶」的任何證據,但它應該潛伏在雷射幹涉儀引力波天文臺和「處女座」引力波探測器的數據中。

最近,一組天文學家研究了如何才能最終看到引力波「記憶」,由於每個單獨的檢測僅留下難以置信的弱記憶,因此我們將無法一一看到這種現象。相反,我們必須將多個事件加在一起以建立表示檢測所需的證據。

時空彎曲

我們需要多少次活動?研究人員預測,在我們能夠發現留下的永久記憶之前,我們需要記錄大約2,000個黑洞合併。這種數量的探測不會很快發生,但是下一代重力波天文臺有望每天收集大約10個事件,它們將在一年的觀測中找到這種記憶。

如果我們根據廣義相對論所做的預測是正確的,那麼就應該有永久的時空記憶。而且,如果經過幾年的搜索我們仍然找不到任何東西,我們將不得不重新檢查對重力的理解,看看是否忘記了一些東西。不過,既然能夠發現引力波的又一個不確定秘密,對於我們的各項研究來說,具有很大的意義,相信未來的某一天,我們會破解有關引力波的一切秘密,也會刷新廣義相對論中的一些基礎物理條件。

相關焦點

  • 如何探測引力波留下的「記憶」
    利用雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)和室女座幹涉儀(Virgo)這樣的設備,天文學家可以探測到那些強度足以「波及」地球的時空漣漪。當引力波通過宇宙空間時,會留下某種「記憶」,即時空的永久彎曲,而對這種現象的探測或許很快就能實現,這將使我們對引力的理解更進一步。
  • 黑洞碰撞產生的引力波,擠壓和拉伸空間,導致時空永久性的扭曲!
    天文學家觀測到引力波是空間和時間的漣漪,由雙黑洞碰撞合併、雙中子星碰撞合併或由中子星和黑洞碰撞等大質量天文事件產生的,因為質量黑洞等大質量天體合併事件,我們人類的儀器靈敏度才能夠探測到,並非是說只有這樣才能產生。愛因斯坦的廣義相對論預測,引力波(GW)會在經過時擠壓和拉伸空間,並將永久扭曲空間,留下對波的「記憶」。
  • 引力波是宇宙初生時的「啼哭」。
    引力波是愛因斯坦在廣義相對論中提出的,即物體加速運動時給宇宙時空帶來的擾動。通俗地說,可以把它想像成水面上物體運動時產生的水波。宇宙大爆炸後,無數的星體形成;而大質量的天體會使時空彎曲;當這些大質量的天體互相作用時,會產生時空擾動就會在時空中產生層層漣漪(引力波)
  • 人類發現引力波,時空旅行成現實!7分鐘視頻讓你明白什麼是引力波
    愛因斯坦廣義相對論中有一個重要預言,如果大質量天體發生碰撞、超新星爆發等極端宇宙事件會產生強大的引力波。這是一種時空漣漪,就像波一樣傳遞開來,數十年內科學家一直在尋找引力波,但都沒有發現。1916年,史瓦西發表了後來被用來解釋黑洞的愛因斯坦場方程的解。1963年,克爾給出了旋轉黑洞的解。1974年脈衝雙星PSR1913+16的發現證實了緻密雙星系統的引力輻射完全與廣義相對論的預言一致。
  • 引力波或為尋找其他維度關鍵
    如今,科學家認為他們終於找到了一種尋找未知維度的方法。  物理學家認為,引力波的變化可以改變現實,創造出未知的維度。由於各個維度中都存在引力,引力波將成為我們搜尋未知維度的絕佳途徑。  眾所周知,人類生活在由長、寬、高構成的三維世界中。但物理學家一直相信,除此之外還有更多維度。引力是基本力中最弱的一種。專家們一直懷疑,這可能是因為部分引力逃逸到了其他維度中。
  • 為什麼引力波能逃出黑洞?
    前些日子引力波的話題引起了人們的熱議,今天我們也來談一談。引力波這個概念是愛因斯坦提出來的,他預言大質量的物體運動會引起時空的振蕩,他稱它為引力波。由於難於觀測,目前只有中子星、黑洞級別的天體併合產生的引力波才能被人類捕捉到。
  • 宇宙可能會「記住」每一個引力波!
    研究人員在論文中寫道,觀察這些效應最簡單的方法可能是兩個人「攜帶著小型引力波探測器」——顯然這是個玩笑,因為探測器相當大。但是研究人員可以通過一些方法來檢測這些記憶。這是最明顯的一個:尋找現有引力波探測器反射鏡的位移。現在,科學家們可以通過建造能夠遠距離發射非常靜止和穩定的雷射束的天文臺來探測引力波。
  • 人類檢測到引力波究竟有多難|引力波|探測|淚流滿面_網易科技
    2、時空告訴物質如何運動; 物質告訴時空如何彎曲spacetime tells matter how to move; matter tells spacetime how to curve恩,很簡單吧,廣義相對論就是具體說了時空是告訴物質怎麼運動,以及,物質是讓時空怎麼彎曲的這麼一個理論
  • 引力波研究科學家:引力波究竟是如何被探測到的,為什麼值得我們淚...
    >廣義相對論就是具體說了時空是告訴物質怎麼運動,以及,物質是讓時空怎麼彎曲的這麼一個理論。這樣也隱含了這麼個意思:物質(有質量的東西,可能是能量,因為能量也有質量)如何在它的時空裡運動,取決於它所處的時空性質。另一方面,只要有物質存在的時空,就會彎曲。彎曲程度、怎麼彎曲,取決於它肚子裡的物質質量大小以及分布。看,其實不用管那些煩人的數學公式,我們也可以從根本上理解這門「深刻」的理論對嗎?
  • 宇宙可能 「記得」每一次引力波事件
    北京時間6月10日消息,據國外媒體報導,宇宙可能會在引力波事件過去很久之後還「記得」它們,引力波是十分微弱的時空漣漪,人類直到最近幾年才探測到它們,在引力波經過之後,它們可能會留下一個稍微改變了的區域,換句話說,會留下某種關於它們經過的「記憶」。
  • 引力波是什麼?我們為什麼要探測引力波?
    引力波是時空中「漣漪」,是由宇宙中某些最劇烈和充滿活力的過程引起的波紋。在1916年,愛因斯坦(AlbertEinstein)在其相對論的一般理論中預言了引力波的存在。愛因斯坦的數學計算表明,巨大的加速物體(例如中子星或彼此繞軌道運行的黑洞)會破壞時空,從而使時空起伏的「漣漪」向遠離源的所有方向傳播。
  • 引力波是什麼?引力波的發現意味著什麼?
    於2001年首次投入運行,2015年升級重啟的雷射幹涉引力波天文臺就是專門為探測引力波而建設的。從2015年9月開始,關於它已經觀測到引力波的傳言不斷,而就在前不久,又有物理學家在網上流出小道消息,終於引爆了大量媒體的報導。那麼,引力波是什麼?為什麼探測引力波如此困難?用當前探測引力波的途徑和方法取得了哪些成果?發現引力波意味著什麼?
  • 引力波的發現,人類將會實現時空穿越
    愛因斯坦在創造出相對論時,把引力想像成時空表面的一條曲線,有質量的物體使時空產生了一個凹陷,而一個球體滾過這個凹陷時,運動軌跡就會彎曲,好像受到了其他物體的吸引。物體質量越大,凹陷就越深,表明引力也越大。當物體使凹陷移動時,就會在時空中產生波動,這波動就是引力波。引力波是一種什麼感受呢?
  • 時空彎曲就是空間引力場彎曲
    時空彎曲這個概念採用空間引力場彎曲這個詞語表示比較合適。光線經過恆星表面、黑洞表面時,光子運動的方向和速度會被改變,其原因只能用引力波和暗能量這兩個未解之謎來解釋。隨著時間的推移,科學家最終真正發現引力波和暗物質,並發現引力波和暗物質的來源,但任重而道遠。
  • 引力波是什麼??
    小朋友們,今天我們來認識一種神奇的波——引力波。在物理學中,引力波是指時空彎曲中的漣漪,通過波的形式從輻射源向外傳播。它是太空中一種看不到的波,並且傳播速度非常快。我們從很久以前就知道這種波了。引力波是愛因斯坦在廣義相對論中提出的,也就是物體加速運動時給宇宙時空帶來的擾動。他預言當兩個天體比如行星或恆星圍繞彼此旋轉時,會出現非常神奇的現象,比如這種運動會在宇宙中產生波。通俗地說,可以把它想像成水面上物體運動時產生的水波。科學家們把宇宙中的這種波稱為引力波。引力波是不可見的。
  • 大音希聲——天文館引力波主題臨展元旦開展
    觀眾不僅可以親手「製造」出引力波,並觀看它是如何「激蕩時空並傳向遠方」,還可以親身體驗當引力波來臨時的奇特形變現象。在歷經半個世紀的探索無果之後,人類終於在2015年直接探測到了引力波。在「眾裡尋它千百度」展區,觀眾將領略到人類對天文學前沿領域孜孜以求的探索,認識到宇宙學中最難以測量的引力波到底有多麼微弱。
  • 引力波速度之謎,近年引力波研究端倪
    前些年才證實的引力波傳輸速度也是光速。因此引力波、電磁波、光波是人類發現同樣速度的幾種現象,只是與光速並列,並沒有超過光速。因此光速依然是最經典的最快速度,廣泛用於宇宙大小尺度的丈量。人類在生活中最常用的尺度是米,現在科學界確定最精確的1米為光在真空中1/299792458秒所運行的距離。
  • 引力波是怎麼發現的_引力波有什麼實際意義(引力波對人類的意義)
    過去近百年中,廣義相對論的其他預言如光線的彎曲、水星的近日點進動以及引力紅移效應都已獲證實,唯有原初引力波因信號極其微弱,技術上很難測量,而一直徘徊在天文學家「視線」之外。劍橋大學博士、加拿大不列顛哥倫比亞大學的「CITA國家研究員」馬寅哲認為,原初引力波的發現是支持廣義相對論的又一有力證據,相對論所預言的所有實驗現象全部被驗證,實驗與理論符合得都很好。
  • 引力波被發現 誰將撼動時空?|引力波|宇宙|愛因斯坦_網易科技
    直到1905年狹義相對論發表,再到1915年廣義相對論的發表,愛因斯坦提出了一種完全不同的對於引力的看法,引力是因為質量對於時空造成了變形所導致,而非質量之間的吸引。這就意味著,我們時空可被當做一種可以變形的介質來認識。所以引力波,簡單來說,就是時空自身的波動。相比較我們熟知的無線電波(或者電磁波),它僅僅是在時空之中傳播的,時空是它的媒介。
  • 科學家再次探測到引力波 「時空漣漪」知多少
    中新網6月17日電 時隔四個月,美國雷射幹涉儀引力波天文臺(LIGO)再次放出重磅消息,宣布「又探測到了一個引力波事件」。人類第二次探測到被稱為「時空漣漪」的引力波,此消息一出,立刻在學界激起「千層浪」。科學家稱,這次探測進一步印證了愛因斯坦廣義相對論的正確性,同時也是天文學的一個裡程碑。