引力波和重力波還沒分清楚?進來看看不吃虧

2020-12-04 未來科技社

今天看到頭條一篇科普文章，介紹了美國的"重力波"探測器如何觀測兩顆中子星合併，文章寫了好多，儘管作者也很盡心，但卻容易誤導讀者，因為「重力波」和「引力波」是兩個完全不同的概念，下面小編就介紹一下。

引力波

引力波，英文：gravitational wave，屬於天體物理學領域，是廣義相對論的一個現象，臺灣學界稱為重力波，英文中有時也寫作 gravity wave；但更多場合中，gravity wave是代表重力波（後面還要專題講解）。

關於萬有引力的本質是什麼，牛頓認為是一種即時超距作用，不需要傳遞的「信使」。愛因斯坦則認為是一種跟電磁波一樣的波動，稱為引力波。引力波是時空曲率的擾動以行進波的形式向外傳遞。引力輻射是另外一種稱呼，指的是這些引力波從星體或星系中輻射出來的現象。電荷被加速時會發出電磁輻射，同樣有質量的物體被加速時就會發出引力輻射，這是廣義相對論的一項重要預言。

各種各樣的引力波探測器正在建造或者運行當中，比如 advanced LIGO(aLIGO)從2015年9月份開始運行觀測。可能的引力波探測源包括緻密雙星系統（白矮星，中子星和黑洞）。

在2016年2月11日，LIGO科學合作組織和Virgo合作團隊宣布他們已經利用高級LIGO探測器，已經首次探測到了來自於雙黑洞合併的引力波信號。

目前，我國主要有三個大型引力波探測項目，一個是由中科院胡文瑞院士和吳嶽良院士作為首席科學家的太極計劃，它非常類似於歐洲eLISA計劃。

另外一個太空計劃是由中山大學羅俊院士領銜的「天琴計劃」，相比較太極，它將位於地球之上的10萬公裡軌道處，三個衛星的間距也是大約在10萬公裡之上。

位於西藏的阿里高原實驗室，用以進行引力波研究探測

第三個是由中科院高能物理研究所主導的「阿里實驗計劃」，阿里實驗計劃是在計劃在我國西藏的阿里地區放置一個小型但具有大視場的射電望遠鏡，從地面上聆聽原初引力波的音符。這些項目現在預研階段。

引力波研究的意義主要在於：1、廣義相對論以時空幾何來描述引力引力波的發現，代表了人類直接探測到了時空幾何的動態扭曲。2、作為恆星演化的末態，黑洞是天文學中的一種重要物體。引力波讓我們詳細觀測到了其附近時空幾何的強烈彎曲和震蕩。3、進一步的引力波觀測，讓我們以全新的方式精確的檢驗廣義相對論，也開啟了觀察宇宙的新視窗。4、LIGO等引力波探測實驗本身，代表了精密測量科學取得了重大進步。

重力波

重力波，英文名：gravity waves，屬於流體力學領域，是在液體介質內或兩種介質界面間（例如大氣與海洋間）的一種波，其恢復力來自於重力或浮力。

當一小團液體離開液面（界面類型）或者在液體中到了一個液體密度不同之區域（液體內類型），透過重力作用，這團液體會以波動形式在平衡態之間擺蕩。在液體介質內的類型又稱為內波，在兩界面間的類型又稱為表面重力波或表面波。

天空飄來一朵漣漪狀的雲層，它給人的感覺像是海浪、沙漠、或是梯田。實際上，它是一種被稱為「重力波雲」的雲層結構。

重力波雲是自然界中罕見的現象，與極光、赤潮、旋轉火焰、冰圈、雷暴、乳狀雲、冰錐群等合稱九大自然界「神跡」。 這麼美麗雲層是怎麼做到的呢？顧名思義，這種雲層是由於重力波動所導致的。

在地球大氣結構中有這麼一個區域：空氣在垂直方向上的對流速度很小，平行於地表方向的流動速度很大，這個區域也被稱作大氣平流層，我們的飛機就是在這一層次上活動。平流層下方是對流層，和平流層不一樣，對流層上垂直方向的擾動很大。

簡單來說，就是在穩定存在的雲層中，一股上升的氣流突然進入會引起一陣擾動，然而由於重力的存在，重力會作為回復力去平衡這種擾動，由此，形成了在垂直方向上的波動，也就是重力波。波動改變了雲層的動態曲線，從而誕生了這一印有重力波擺動足跡的雲層畫卷。這種波動通常會在遇到上升氣流或者是雷暴天氣中形成，這也解釋了為什麼層巒疊嶂總能出現在重力波雲層的映襯下。

重力波在全球氣象學、氣候學和中間層和平流層動力學中扮演重要角色，它也是中高層大氣最重要的動力學過程之一。

共同點

這兩種波是在兩個領域的不同現象，二者完全不在一個時空尺度，也不在一個理論框架之內，如果非要找共同點，那也能找到：

1.二者英文非常相似，而已很容易弄錯，一個是引力波（gravitational wave），一個是重力波（gravity waves）。

2.還有一個共同點就是他們都有引力的參與。

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相關焦點

  • 重力波你了解多少?(不是引力波哦!)
    答：重力波是一種傳播在穩定結構大氣中的振蕩運動，受空氣重力和熱壓力共同作用產生回復力。重力波在全球氣象學、氣候學和中間層和平流層動力學中扮演重要角色，它也是中高層大氣最重要的動力學過程之一。重力波示意圖簡單來說，就是在穩定存在的雲層中，一股上升的氣流突然進入會引起一陣擾動，然而由於重力的存在，重力會作為回復力去平衡這種擾動，由此，形成了在垂直方向上的波動，也就是重力波。波動改變了雲層的動態曲線，從而誕生了這一印有重力波擺動足跡的雲層畫卷。這種波動通常會在遇到上升氣流或者是雷暴天氣中形成，這也解釋了為什麼層巒疊嶂總能出現在重力波雲層的映襯下。
  • 顛覆認知,引力波本身也會受到重力的影響
    電荷、核力和時空本身的引力扭曲——由可見宇宙中存在的所有質量和能量形式所引起——會影響你的運動。但是如果你不是由原子組成的呢;如果你是引力波呢?你還會以同樣的方式體驗這些力量嗎?宇宙沒有義務說得通。但它有它必須遵守的規則。我們看看怎麼說。
  • 什麼是反重力？未來反重力應用的猜想
    一、什麼是反重力? 首先，根據牛頓老師樹下吃蘋果的理論，從物理學上講，重力等於物體質量乘以物體的加速度g即G=mg也就是說我們之所以可以停留在地球上而沒有被甩到宇宙空間的原因。當物體的加速度不變時，重力的大小取決於物體的質量。
  • 波音公司研究反重力系統 引力波概念將改變世界
    廣義相對論預言存在引力波　　　在「廣義相對論」發表近百年之後的今天，這種神秘莫測的波終於有可能向我們一展真面目。過去一些年裡，天文學家在美國、日本和德國設置了探測器，後來又在義大利距離比薩市12千米的地方設置了一個。這座法意合建的探測器名為「Virgo」，2004年正式啟用。
  • 引力波是能量還是什麼?以什麼媒介作為傳遞?
    萬有引力的狀態與重力的區別，簡單溫故一下，引力的結構狀態是包含兩種不同的渦旋結構狀態，這與磁性的引力有著本質的區別，磁性引力不在我的講述之內，重力是在引力範圍內產生的向心力。那麼引力場的範圍如何理解？引力波是什麼？它的傳遞是以能量的方式還是其他方式傳遞的呢？向外傳遞的時候媒介是什麼呢？
  • 天基重力波探測器的雷射原型
    LISA將通過在太空中部署重力波檢測系統來補充地面重力波探測器，例如美國國家科學基金會（NSF）資助的雷射幹涉儀重力波天文臺（LIGO）。NSF於2016年宣布，LIGO首次對引力波，時空結構中的漣漪進行了直接觀測，這是阿爾伯特·愛因斯坦100年前在廣義相對論中所預測的。LIGO和LISA觀測站均依靠雷射來檢測引力波。
  • 引力波跟電磁波的異同、LIGO幹涉儀探測引力波的基本原理
    前文《宇宙的顫抖：引力波》說明了引力波是真實存在的（間接證據），並且科學家們已經開始展開了探測和研究的工作（直接探測）。為了進一步了解引力波，我們來討論一下引力波的一些特性。為了便於理解，我們對照相對熟悉的電磁波來對比一下，以建立引力波的物理圖像。
  • 研究者提出南極上空慣性重力波漣漪的解釋
    在地球大氣層中，出現了巨大而神秘的漣漪，這便是所謂的「慣性重力波」（inertia-gravity wave）——由地球重力和科裡奧利力共同作用而產生的大氣振蕩。　　慣性重力波並不罕見，經常出現在地球大氣的不同區域，但通常會在幾小時內消失。不過，南極上空的慣性重力波卻令人驚奇地持久，從數年前第一次發現至今，研究人員的每一次觀測都可以發現這些漣漪。
  • 引力波真的是波嗎?科學家想這樣驗證
    自幾年前人類首次探測到引力波以來，公眾所熟知的「波」裡又多了一名重要成員。但引力波真的是波嗎？那麼引力波是否也和光波具有同樣的特徵？2015年以來，美國雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）和歐洲處女座引力波探測器（VIRGO）已多次探測到引力波事件。「引力波和光一樣，都由波動方程描述，也應該具有衍射、幹涉等波動性。
  • 研究人員用鑽石開發量子重力傳感器 大小僅為目前引力波...
    倫敦大學學院(UCL)、格羅寧根大學和華威大學的研究人員提出了一種基於量子技術的探測器，該探測器僅為目前使用的探測器的1/4000，並且可以探測中頻重力波。這項新研究表明，微小的鑽石晶體，可以用作能夠測量引力波的極其靈敏的小型引力探測器。
  • 「引力波」連「測量工具」都能拉伸，為啥我們還能測量引力波？
    」本身再傳遞，傳遞的物質就是「時空」本身，引力波經過物體一瞬間，你的尺子如果去測，尺子也會同比例變化的，所以你測量出來的結果依然顯示物體長度沒任何變化。NO，雖然引力波會把測量工具和被測量物體一起同比例變化，造成我們感受不到這種變化。沒關係，因為我們有一個東西不因參考系變化而變化，這個東西一直都是恆定不變的，大家應該想到答案了吧，那就是光速。
  • 引力波的傳播速度有多快_引力波傳播是瞬時的嗎_引力波的傳播方向
    麥克斯韋在1865年得到電磁波動方程，12年後赫茲證實電磁波的存在。遺憾的是，廣義相對論誕生100年之後的今天，仍然沒有直接探測到引力波。 　　目前測量引力傳播速度的實驗，通常是觀測太陽、地球、月亮系統的重力變化，實際上只是觀測牛頓引力勢的作用時間。當然，因為牛頓引力勢總是坐在在引力波這輛跑車上，所以也算是間接測量了引力真正的傳播速度。
  • 距離引力波首次發現四周年了，引力波「革命」正在進行中
    現在科學家會看看分布方法，有多少是大的，有多少是小的。即使它們繼續是『無聊的』，無聊事件的分布也是令人著迷的。與此同時，LIGO和Virgo觀測到的第一顆中子星合併，幫助研究人員探索了宇宙本身的一些基本面。
  • 引力波被檢測存在,那麼存不存在「引力子」?專家:有可能
    然而，就像水波是粒子組成的波一樣，我們完全預計引力波也是由粒子構成的。這些粒子可能是引力子（而不是水分子），一種調節重力的粒子，由於重力在自然界中是一種固有的量子力，這種粒子完全可能存在。在細節上，引力波與我們熟悉的其他波稍有不同：它們不像水波那樣是標量波，也不像光之類的矢量波那樣，有同相、振蕩的電場和磁場。相反，引力波是張量波，當波穿過某區域時，它會導致空間在垂直方向上收縮和舒張。
  • 反重力裝置什麼時候被研發出來?
    某型號關鍵的航空發動機還不安裝到某架戰機上試飛？於是就有調侃這些心急者，說他們都在等待最關鍵的反動力裝置最終到位！上個世紀80年代開始，隨著大家眼界的開闊，思想的活躍，各種奇異的明顯不靠譜的傳說或者似是而非的圖片到處傳播。UFO、飛碟是當時最熱門的話題之一。其中不乏招搖撞騙，混吃混喝者；有些明顯是忽悠的例證，到現在還經常有人提起。
  • 為什麼引力波會以光速傳播?
    這些方程清楚地告訴我們有關的行為：靜止的電荷，運動中的電荷(電流)，靜電(不變的)電場和磁場，以及這些電場和電荷如何相互移動、加速和變化。當你計算電磁輻射產生的屬性，它表現得像一個波的傳播速度等於(ε0μ0)1/2,這恰好等於光速。相對論性電子和正電子可以加速到非常高的速度，但會以足夠高的能量發射同步輻射(藍色)，阻止它們運動得更快。
  • 人類首次看到「引力波」,這一次中國沒錯過!
    我國包括南極巡天望遠鏡AST3－2、國內第一顆空間X射線天文衛星慧眼望遠鏡在內的多臺設備參與觀測引力波事件，我國科研人員還藉助引力波光譜解開了宇宙中金、銀等超鐵元素的產生之謎。這是人類歷史上第一次使用引力波天文臺和電磁波望遠鏡同時觀測到同一個天體物理事件，標誌著以多種觀測方式為特點的「多信使」天文學進入一個新時代。
  • 電磁波和引力波
    並且，儘管愛因斯坦在1916年就預言了引力波，但他對自己的這個預言的態度也是反反覆覆頗為有趣的。愛因斯坦本人直到1936年對此還尚未有一個確定的答案。他曾經在一篇論文中得出「引力波不存在」的結論！但因為該文中他的計算有一個錯誤，被「物理評論」拒絕。當年，憤怒的愛因斯坦轉而將此文投給「富蘭克林學院學報」，文章即將發表時愛因斯坦自己也發現了他的錯誤，於是將文章標題改變了【1】。
  • 反重力研究是科學還是科幻,現在有突破嗎?
    我們看到的各種反重力飛行還只存在於科幻影視中。反重力一直是一種科幻中描述的事情，目的就是如何突破重力的束縛，可以在空中自由飛翔。比如在地球上，人能夠不受地球重力羈絆，無須付出巨大的動力和利用空氣動力學，就能夠獲得升力，在空中翱翔。
  • 反重力研究是科學還是科幻，現在有突破嗎？
    反重力一直是一種科幻中描述的事情，目的就是如何突破重力的束縛，可以在空中自由飛翔。比如在地球上，人能夠不受地球重力羈絆，無須付出巨大的動力和利用空氣動力學，就能夠獲得升力，在空中翱翔。最早提出反重力裝置的是英國小說家赫伯特·喬治·威爾斯，他在《月球上最早的人類》一書中設想，有一種能夠屏蔽引力的金屬，叫「卡弗質」，只要把它放在飛船下面，就可以屏蔽地球引力。