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关于引力波的原理介绍,目前最通俗易懂的一篇!

2016-07-06 23:44:34 来源:爸爸真棒公众号

最近银河系发生了一件天大的事情,那就是——地球人类终于发现了引!力!波!

于是,几乎一瞬间,到处都能看到关于引力波的文章,到处都能听到关于引力波的议论。

就在我们沉浸于宇宙终极秘密幻想时,突然,有一个小小的、稚嫩的声音轻轻问:“爸爸/妈妈!引力波是个啥?能不能吃,什么味道?”

纳尼???!!!虽然你的内心万马奔腾,但在这样关键的时刻,作为一名酷炫的父母,你果断不能冷场。

如果你老老实实地说“不知道”,你让孩子怎么看你?让另一半怎么想你?让围观群众怎么评价你?

要知道,长久以来,你可一直是家里“学富五车”的代名词啊!

如果你翻出篇科普文读给娃听,五分钟以后,娃果断会拿看外星人的眼光来瞪视你——就好比用二元一次方程给你小学一年级的儿子讲解鸡兔同笼的问题——人家果断听不懂啊……

有困惑?没关系,下面,就让我们和世界知名大学的教授科学家一起,用深入浅出的生动语言,向你家宝宝解释这个绝顶高冷的名词——引力波!!!

此处《星球大战》的音乐响起……

“转圈圈”游戏

Vicky Kalogera 美国西北大学物理学和天文学教授

最知名的“转圈圈”,来自《泰坦尼克号》

想像一下,你正和朋友玩“转圈圈”的游戏。你们两个人手拉手,一圈又一圈地快速旋转。

如果你们转圈的时候用力去拉对方,你们可能会撞到一起,并且一同摔倒在地上。

恒星就像在宇宙中到处飞行的球,当它们的年纪很老很老的时候,它们就会变黑,成为黑洞。

不过,就算它们岁数已经那么大了,它们还是喜欢玩“转圈圈”的游戏——然后,就像你和你的朋友一样,它们同样可能撞在一起。

如果它们确实撞到了一起,它们就会像是一起跳进了一个大湖——哗啦啦,它们溅起了巨大的水花,接着,波纹一圈一圈地在湖水里荡漾开来,一直传递到了岸边。

海洋和船

Fulvio Melia 亚利桑那大学物理学、数学和天文学教授

大船下水,通过波浪影响到小船 这里海浪的作用就像引力波一样

当一条大船随着海浪在海洋里起伏航行的时候,漂浮在它周围的小一些的物体,像是救生艇啊、水瓶子啊,也会跟着起起伏伏,对不对?

宇宙空间就好像是大海,而所有的行星、恒星和星系就好比漂浮在大海中的船只和各种物体。

尽管我们无法感觉到,宇宙里也有“波浪”,使得地球微微摆动。这些波浪是由“引力”引起的。

一个两球体系统形成的引力波示意图

你可以把引力想像成磁铁上的磁力,宇宙里所有的物体都有这种“磁力”。物体越大,磁力就越强。

太阳非常非常大——大到足够能吸引住地球,地球则吸引了月球。因为引力的存在,这些星球全都互相吸引。

星球们都想要相互靠近,并且拥抱在一起,但是它们不能,于是,它们就掀起一些“波浪”。

对我们来说,测量这些波浪非常困难,直到最近,两颗濒临死亡的星星,在它们生命的最后时刻,掀起了巨大的波浪,这样,我们才终于能发现它们。

保龄球和蹦床

Brian Lantz 斯坦福大学高级研究科学家

如果你把两个保龄球放在一个蹦床上,每个保龄球下面的那部分蹦床都会弯曲下沉。随后,保龄球会开始一圈圈地旋转,向对方靠拢,并且落到彼此的凹痕中去。

沉重的保龄球拉伸了蹦床(所以它们才会压出凹坑来),而在宇宙空间中,黑洞用同样的方式拉伸着宇宙。

上面的这个视频是2007年添加了艺术效果制作的概念图,它演示了两个白矮星,互相吸引靠近,时速超过百万英里,他们的轨道越来越接近,最终这个双星系统需要通过引力波释放出越来越多的能量,他们合成了一起并发生了爆炸,亮度远超之前。

好了,现在想像一下,当两个保龄球撞到一起的时候,它们发生了大爆炸——很大很有力的爆炸。

这个爆炸就是我们刚刚发现的事情,而且我们还能测量它的强度了呢。

玩具狗落地

Daniel Holz 芝加哥大学物理学家

当你把玩具狗抛起来时,它会落在地板上,这是因为地球的吸引力在把它向下拉。

你看不见地球引力,也摸不到地球引力,但是它就在那儿。

在遥远的宇宙,黑洞拥有的吸引力比地球要大得多。这种引力很强,就算是光线——比如从你手电筒里射出的光——也会被黑洞的引力吸过去,并且,它根本逃不出来。

黑洞的巨大引力扭曲了光路

黑洞在宇宙空间里到处移动。当它们相互碰撞的时候,会释放出巨大的“波”,用来通知宇宙——碰撞刚刚发生了。

100年前,有个非常聪明的家伙爱因斯坦),他预言说引力波经常会被释放出来。但我们并不确定他说的是不是真的,直到我们造出了一个机器——它的功能就像一只巨大的耳朵——这样,我们就可以“听见”引力波了。