宇宙中泛起的『时空涟漪』

2016-09-10培培

初中生 2016年22期

关键词：引力波涟漪爱因斯坦

宇宙中泛起的『时空涟漪』

如果把天文学发现比作人类探视宇宙的“眼睛”，那么引力波的发现犹如给人类添了个“顺风耳”，使人类从此可以倾听宇宙深处的声音。

时空中的涟漪

当美国国家科学基金会宣布，人类第一次直接探测到了引力波，全世界的科学家都振奋了。

简单来说，引力波就像是时空的涟漪。如果把时空想象成一个巨大的湖面，一颗高尔夫球在湖面上的运动会产生阵阵涟漪，球的质量越大，速度越快，湖面泛起的涟漪就越大。那么，在宇宙中天体运动带来的涟漪，就是我们所说的引力波。

早在1916年，爱因斯坦提出广义相对论，并在次年6月发表的新论文中预言，发生黑洞合并、脉冲星自转以及超新星爆发等一些强引力场事件时会产生引力波。

这次我们探测到的引力波，正是来自13亿年前两颗黑洞的合并，一颗是29倍太阳质量的黑洞，一颗是36倍太阳质量的黑洞，合并后的黑洞质量为62倍太阳质量。

爱因斯坦认为，引力是因质量对于时空造成变形所致，如同石头丢进水里产生的波纹一样，而非质量之间的吸引。

打个比方，如果将时空看成一张非常大的橡胶膜，用小球代替天体，小球放在橡胶膜上时，球的质量会把橡胶膜往下压。这时，如果在旁边再放一颗球，两颗球分别造成的“时空弯曲”会让它们逐渐滚向对方。当它们互相加速运动时，产生的“涟漪”就是引力波。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件都会形成强大的引力波。

由此，引力波被赋予了一个如诗般的名字——宇宙中泛起的“时空涟漪”。

感受时空之颤

引力波与宇宙中物质的相互作用是非常微弱的，再厚的墙壁在其面前都如同透明一般，因此它能够将包含着源中心区域最核心的信息传播至很远的宇宙空间，可以让我们以崭新的视角回望宇宙大爆炸最初的瞬间，检验宇宙大爆炸理论正确与否。它是了解宇宙形成的最好工具。

然而，现代物理学认为，引力波是一种与电磁波不同的辐射，无法通过电磁辐射直接观测。因此，对其踪迹“捕获”极为困难。

爱因斯坦在预言引力波存在时，发现自己的方程有一组解与电磁波的性质类似，以光速传播。但他在论文中指出，因为这个引力波辐射的能量很少，在所有能想得到的情况下，都可以被忽略。

也就是说，引力波并不容易产生。地球以每秒30千米的速度围绕太阳行进，发出的引力波功率仅为200瓦，还不如家用电饭煲的功率大。只有宇宙深处大质量的天体发生加速、碰撞和合并等剧烈活动才可能形成强大的引力波，对所在的时空产生扰动，时空自身的波动也会向远处传播。但能产生这种较强引力波的波源距离地球都十分遥远，传播到地球时已变得非常微弱。

一旦引力波为地球上的我们所感知，从某种角度而言，那将是人类在感受时空本身的颤动！

对物理学家来说，这轻轻的一震，比《美人鱼》《星球大战》乃至人类史上所有的电影加起来都好看，因为它蕴含的剧情，是宇宙诞生的画面。

我们从小就被告知一个著名的猜想——宇宙是在一场大爆炸中诞生的。这意味着，在时空开始时，这个大蹦床有一次剧烈的震动。引力波能让我们还原这个震动——它是否存在，有多大规模，诸如此类。