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【和聊是什么】引力波到底是什么波?花大价钱研究它,到底有什么用?

在著名科幻小说《三体》中,从邻星赶到地球的三体人,因为人类“万有引力”宇宙飞船利用“引力波”向宇宙广播三体世界的坐标,最终被古文明摧毁。

那么问题来了。“引力波”到底是什么?人类可以利用引力波发射信号,或者把引力波变成武器吗?引力波武器能成为宇宙中最终极的武器吗?

引力波到底是什么?

这要从跨越200多年的争论开始。科学史上有两个著名的奇迹年,一个被称为牛顿奇迹年,一个被称为爱因斯坦奇迹年。

牛顿奇迹年是1666年前后。当时,他提出了力学定律,向万有引力定律伸出了头。爱因斯坦奇迹年是1905年,当时他提出了四项独创性的科学成果,其中一项后来被我们称为狭义相对论。

我们都知道相对论分为狭义相对论和广义相对论。广义相对论实际上是狭义相对论的普及,也可以用于对“万有引力”的更深入叙述。这场争论的焦点就是万有引力。更本质的是时间和空间的概念。

牛顿认为时间和空间是相互独立的,是绝对的。“一秒”的时间范围和“一米”的空间范围对所有观察者都是一样的。不会因不同的运动状态而改变。爱因斯坦认为,虽然不能独立地看到时间和空间,但它们相互影响。“一秒”的时间范围和“一米”的空间范围对处于不同运动状态的观察者可能会有所不同。所以他把时间和空间称为时间和空间。

在两个人不同的前提下,牛顿认为万有引力是一种超距离作用,可以瞬间传递时间。爱因斯坦认为完全没有万有引力。万有引力的本质是时空曲线。物体沿着时空的测地线(四维时空的最短距离)运动,万有引力的传播速度是光速。

老实说,月亮绕着地球转是因为地球绕着周围的时空弯曲。月亮只是沿着时空的“地面”移动。

牛顿和爱因斯坦对重力的解释不同。为此,实验物理学家必须通过观察最终判断谁的理论更准确。1919年,天文学家爱丁顿领队在西非普林西比岛进行了日全食观测,并拍摄了日全食时期太阳附近的恒星位置。

根据牛顿的万有引力定律和爱因斯坦的广义相对论,这些恒星的光在质量较大的天体附近偏转,但程度不同。爱丁顿分析了照片,发现实际情况与爱因斯坦预言的结果更一致,学术圈开始广泛接受爱因斯坦的广义相对论,成为解释重力的主流理论。

根据广义相对论,重力的本质是时空的曲线,重力不是超距离作用,传播速度是光速。因此,重力在传递过程中产生时空涟漪。这就是引力波。

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我们可以打一个并不是非常恰当的比方来进行理解,时空就像是水面,带质量的物体就好比时空,当我们把石头扔到水面上,就会泛起涟漪,这涟漪就好比是引力波。然而以上都只是理论物理学家们的猜测,引力波真的存在吗?

2016年,LIGO团队就探测到了引力波存在的证据。

2017年,LIGO团队的三位科学家,莱纳·魏斯、巴里·巴利许与基普·索恩因为成功观测到引力波,而获得了诺贝尔物理学奖。也就是说,引力波是已经被证实存在了,那么问题来了,引力波到底有什么用呢?

实际上,科学的发展一直是走在了科技发展的前面,不要说引力波的实际应用了,爱因斯坦的相对论能够投入到实际应用的场景都不多。不过,引力波的发现对于推动科学自身的发展起到了决定性作用。比如:引力波天文学的建立,在宇宙学中,通过研究原初引力波,可以了解到宇宙诞生后38万年内发生的事情。

引力波能用作武器吗?

从理论上看,引力波是可以被用于通信、雷达探测、甚至制作成武器的。引力波探测是现在最主要使用的,不少国家在这方面投入,希望能够精准识别出宇宙中的引力波。不过,人类自己通过装置要发射引力波进行通信这件事情,现在来看,能够实现的概率不高。至于原因,我们稍后一起说。

至于武器,可以利用引力波让有质量大的物体发生共振,从而将其震成碎片。不过,这也只是停留在构想当中,实际上很难实现,也没有必要。

无论是人类自身发射引力波来来进行通信,还是制作武器。本质上都是需要发射引力波。可是问题是,引力波并不是那么容易发射出来的。质量小的物体虽然也有引力波,但非常薄弱,几乎感觉不到。如果要产生强烈的引力波,就需要质量巨大的天体。人类的引力波探测器能探测到的引力波来自于两个黑洞合并或者两个中子星合并,它们都属于宇宙中最致密,质量最大的天体了。

而远处两个黑洞合并产生的引力波都不足以把地球震碎,这足以见得要产生把物体震碎的引力波,质量得非常巨大。

如果人类真的可以创造出质量如此巨大的物体,那压根不需要用引力波来震碎物体。因为,你只需要把这个物体扔到对手那边,这个物体强大的引力就足以引爆对手。

举个例子,我们只需要把一颗中子星或者黑洞放到地球附近,地球立马就会被撕得粉碎。

所以,在这样的情况下,还用引力波就显得有点多余了,有种你明明可以拿冲锋枪扫射对手,偏偏要拿没开刃的菜刀去和对手玩冷兵器的感觉。

因此,未来引力波或许可以用于通信,但难度太大,实现的概率不高,更不要说用作武器了。

#引力波##引力波探测#

责任编辑: 鲁达

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