引力波有什么用(引力波的用途)

引力波有什么用

什么是宇宙弦?有理论认为,宇宙早期相变过程中,可能产生极细却具有宇宙学尺度的长度的“宇宙弦”。这些宇宙弦就像耳机线,总有一天会自己打成结。当它们打结时,结点会发生断裂,并以引力波的形式释放出能量。而时空旅行,就是宇宙弦打结能够产生封闭类时间曲线———这样或许就可以实现时间旅行。

通过测量引力波事件的强度,我们能推算出引力波源的距离。如果我们能在电磁波段上找到引力波源所在的星系,就能比较该星系的红移与引力波源距离之间的关系——这样我们就又多了一种测量宇宙膨胀速度的方法。

大质量恒星生命终点的时候,可能在一场剧烈的超新星爆炸之后塌缩为黑洞或中子星。但我们现在还不知道,超新星具体是如何点燃的。*超新星爆炸时的引力波波形,与电磁波段的观测进行对比,可以给我们提供检验现有模型的更多依据。

以前,人类测量宇宙膨胀速度,只有一种标准——Ia型超新星作为“标准烛光”。如今,引力波为我们提供一个*的“标准烛光”。

可能的引力波源包括致密双星系统(白矮星、中子星或黑洞)的绕转、旋近或并合、超新星爆发、宇宙暴胀的遗迹等等。2016年2月11日,LIGO科学合作组织(LSC)和Virgo合作团队宣布,LIGO位于美国华盛顿汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号

引力波的用途

这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件,标志着多信使天文学时代的到来。

这个人类探测到的首个引力波信号被称为GW150914,由LIGO在2015年9月14日的09:50:45(UTC)观测到。2016年6月16日凌晨,LIGO合作组宣布:2015年12月26日03:38:53(UTC),LIGO再一次探测到了双黑洞并合的引力波信号;这是人类探测到的第二个引力波信号。

2017年10月3日,雷纳·韦斯(RainerWeiss)、巴里·巴里什(BarryC.Barish)和基普·索恩(KipS.Thorne)因“在LIGO探测器和引力波观测方面做出的决定性贡献”而获得2017年诺⻉尔物理学奖。

不过,目前这些粒子束还没有足够的能量制造出一个形成黑洞的引力波,要做到这一点,需要建一个比太阳系还大的粒子对撞机。不要说地球上的对撞机不能,就是在全宇宙,目前也还没有发现任何东西能产生可以通过对撞形成黑洞的平面引力波。

最近,美国的两位理论物理学家考虑了这样一个有趣的问题:假如有两列以平面波形式传播的引力波面对面相遇,会发生什么事情?

引力波武器

他们发现,当两列波的强度较小时,它们会像一般的平面波一样,在相遇时有的地方振幅变大,有的地方振幅变小(这就是所谓“波的叠加”),等到相遇结束,两列波将若无其事地继续各自往远处传播。

其实,就一般的平面波而言,不论强度如何,它们在相遇,在发生过波的叠加之后,都会若无其事地各自传播——这也是波的“碰撞”不同于粒子的碰撞的特点。而引力波之所以在强度足够大时,会有如此与众不同的表现,是因为:对于别的波,时空只是它们运动的背景;而引力波,它们本身就是时空的波动。

但是,如果这两列引力波足够强,事情就完全不同了:它们在相遇叠加的时候,如果叠加后的振幅大到一定程度,某个地方的时空弯曲得过于厉害,就会自动蜷缩起来,坍塌成一个黑洞。黑洞形成后,将把波中85%的能量吞噬掉,剩下的15%中,一小部分能量在外围绕着黑洞旋转,其余能量则向外传播。

2008年,当欧洲大型强子对撞机首次投入使用的时候,也有人曾在理论上预言,高能粒子相撞会形成*黑洞,当时还引发了一些人的恐慌。现在看来,不管当初提出的粒子相撞形成*黑洞的机制是什么,对撞机将粒子束加速到接近光速,然后让它们碰撞——这个过程是可以产生平面的引力波的。如果引力波足够强,那么按最近这两位美国物理学家的看法,就能产生*黑洞。

ThePHDmovie2是ThePHDmovie的续集,于去年五月拍摄完成,拍摄资金来自于kickstarter众筹