引力波跟電磁波一樣嗎?它有什麼用?能用來發電嗎?

2020-12-04 天文在線

愛因斯坦在廣義相對論中預測了引力波的存在,這一推測一直為人津津樂道。

如果引力波真的存在(實際上2016年就已經發現了引力波),那就意味作為引力波傳遞媒介的真空可以自行振蕩和移動。自愛因斯坦1917年的預測以來,科學家們為了探索引力波做了許多研究。

儘管有間接證據證明引力波的存在,科學家們未能找到可以證明的直接證據(注意:2016年已經發現引力波)相較於機械振動,引力波既是振動,也是空間變形。

引力波的強度要遠遠小於電磁波,重力場粗略係數大約是10^-38 ,耦合係數為10^-40 ,所以對引力波的探測也是難上加難。

引力波的實驗證據

關於引力波的主要問題在於研究引力波是如何產生的。我們可以通過簡單的技術和工具製造出電磁波,比如使用無線電廣播發射器,但由於引力波強度太低,人類無法製造出可檢測到的引力波。人類目前的科技水平還無法依靠龐大的機器製造引力波。

每個星系,或者說星系中心是引力波的一個重要來源,通常是物質大量湮滅處,或者位於星系中心、吸入周圍物質的大型黑洞處。

雙中子星或者雙黑洞則是引力波的另一個來源。這點比較好解釋。引力波跟其它的輻射一樣會攜帶能量。在雙星系統中,恆星循轉的軌道頻率達到了兩倍,一部分的能量便會以引力波的形式發散出去。

這會逐漸改變雙星系統的軌道,使兩顆恆星愈發靠近,我們的確可以測量到這種現象。對於普通行星、甚至恆星而言,這樣的影響卻是微乎其微。舉例來說,木星-太陽系統中的引力波總量僅有400瓦!但是,在由中子星或者黑洞組成的雙星系中,引力波不僅影響巨大,而且強大到可被探測。

1993年諾貝爾物理學獲獎者、天體物理學家約翰·泰勒的著名實驗首次向我們提供了最間接的證據證明引力波的存在。

泰勒仔細觀測過雙脈衝星(體積小,但密度極大)後發現雙星系統速度降低的估計值與實際測量值高度一致,指出引力波是唯一可能的因素,從而證明引力波的存在。

但是,哥倫比亞大學的一隊天文學家們報告稱,對於該主題的研究可能會更加簡單。《每日科學》於2015年9月24日發表了一篇來自天文學家佐爾坦·海曼(Zoltan Haiman)的報告,海曼發現位於座的兩個黑洞將爆發生強烈撞擊。

海曼解釋說,兩個黑洞的運行軌跡處於類星體PG1302-102中,距離地球約350萬光年,兩個黑洞之間僅距離1~2個光秒。預計兩者將在100萬年之內發生撞擊,估計撞擊威力相當於1億個超新星。

根據加州帕薩迪納研究所(California Institute of Pasadena)的研究人員稱,如此程度的撞擊威力能夠摧毀一整個星系。

撞擊發生的時間在遙遠的未來,我們也無法在有限的生命中見證,但天文學家們在此次發現中收穫良多,有望在接下來的十幾年中尋找到類似的雙黑洞系統,盡最大努力探索引力波的謎團,並找到直接證據證明引力波的存在(需要讀者注意的是引力波2016年就發現了)。

哥倫比亞大學的丹尼爾·道拉奇奧(Daniel D』Orazio)說:「引力波的成功探測有利於幫助我們探索萬有引力的謎團,在宇宙最極端的環境中測試愛因斯坦的理論。」

將近一個世紀之前,愛因斯坦就提出了廣義相對論,未來的十幾年中,我們對於萬有引力的認知可能將進入下一個階段。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.粉紅派阿翻-learning

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