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引力波背后的华人科学家,用通俗语言让你秒懂其意义

Jing Ming?? 2016年02月15日 ?? 收藏3
最近这几天国内公众对“引力波”这个很小众方向关注相当高,而估计就算是工科背景的同学,也难以明白这个概念。

我们找来了Jing Ming的一些见解,他是引力波研究“圈子”里的几位华人之一,本文中他深入浅出的、用通俗、非专业的词汇描述,结合自己的体会,向大家描述了引力波这个学科的发展历史、物理意义、研究现状等等。

引力波究竟是如何被探测到的,意义有哪些?

1、什么是引力波?

1915年,爱因斯坦的广义相对论提出之后,这个描述“时空和物质”理论在很多地方受到实验检验。人们在确凿的实验证据下,一次又一次的被这个伟大理论的深刻与正确而震惊。这好比是这样一种感受:“啊~你们说这个世界和这个宇宙这这样的那样的,太不可思议了吧!和我体会到的感觉完全不一样啊!你们肯定瞎扯,我根本不信!”然后广义相对论在各个方面被实验证实,人们的感受慢慢地开始改变,慢慢接受这个事实:我们这个世界和我们本来认为的不一样。人们也渐渐体会到原来这个世界比我们本来以为的地深刻的多。

感兴趣的同学可以看下面这个,广义相对论的验证:广义相对论的实验验证

广义相对论的正确性已经毋庸置疑,但是,作为广义相对论的一个重要预言——引力波,却迟迟没有发现。把广义相对论作为人类科学圣经的科学家们上火了,他们坚信,引力波是一定存在的,为了探测到这个引力波,几代科学家们做出了很多尝试和努力(这个具体我们后面章节再说)。那么这个神秘的引力波,到底是啥玩意呢?

用最简单的一句话来描述,引力波是“时空的涟漪”。听起来好玄乎啊,什么是“时空的涟漪”?容我慢慢道来:

相信有不少同学对广义相对论不是很了解。来,不慌~这里你花几分钟就可以“学会”广义相对论,然后有了理论的武装,你就可以轻松理解本文里的很多事情啦。

要理解广义相对论,你只需要知道两句话,第一句相信大家都听说过:

1、空间三维+时间一维,这样时空就是四维。时空就是时间加空间,是一个整体。

比如:你就处在一个时空里。因为,此时此刻(时间),你一定在某个地方(空间)读这句话。

同样,人们的宇宙也是时间加空间,所以宇宙就是四维时空。

第二句话就厉害了啊!大家看到后就知道广义相对论讲得是什么了!

2、时空告诉物质如何运动; 物质告诉时空如何弯曲

spacetime tells matter how to move; matter tells spacetime how to curve

恩,很简单吧,广义相对论就是具体说了时空是告诉物质怎么运动,以及,物质是让时空怎么弯曲的这么一个理论。这样也隐含了这么个意思:物质(有质量的东西,可能是能量,因为能量也有质量)如何在它的时空里运动,取决于它所处的时空性质。另一方面,只要有物质存在的时空,就会弯曲。弯曲程度、怎么弯曲,取决于它肚子里的物质质量大小以及分布。

看,其实不用管那些烦人的数学公式,我们也可以从根本上理解这门“深刻”的理论对吗?好的,大家既然已经理解相对论了,那现在就可很轻松地理解引力波了~^^~

先看一个图:

引力波究竟是如何被探测到的,意义有哪些?

两个黑黑的就是黑洞,黑洞是质量很大很大的天体。由于质量很大很大,根据“物质告诉时空如何弯曲”,他周围的时空会一定弯曲得很厉害是。时空不弯曲的时候就像一汪平静的湖水,你在上面轻轻放上一个皮球,皮球下面的水面是一个弧形的吧,这就和黑洞存在、附近时空弯曲一个道理。光有一个皮球停在水面上,水面还是很平静。但是如果有两个皮球像图中两个黑洞那样彼此环绕运动着,那就不得了啊,水平会泛起阵阵涟漪。

同志们!水面是时空的话,那水波就是引力波!不要把引力波理解成引力的波,引力波的本质是时空的涟漪,是时空的波动!肿么样?是不是感觉一下子深刻了许多?我一直都觉得,越深刻的东西,越是那么平易近人、那么容易理解。

细心的同学可能已经看出来引力波产生的前提是什么了,是的,就是物质的运动。物质质量越大,运动的越剧烈,对这个时空的扰动就越大,引力波就越强。

黑洞是质量多大的天体啊,这两个大家伙跳着探戈,时空不被他们搅得天翻地覆才怪呢。

那~那~你们怎么还没有探测到引力波?

同学你问得好,问的我们无地自容,但又有点小委屈,真想嗷一句:皇上,臣妾做不到啊!

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探测器? 微波辐射?

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