引力波的作用機制?

引力波是廣義相對論的一個重要預言,雖然還沒有真正被觀測證實,但我個人還是比較傾向於相信引力是以波的形式光速傳遞的。

假設引力波確實存在,在此有個疑問,引力波與其它電磁波不同的一點是,其它電磁波可以看作是「廣播」,恆星發光就發光了,不需要知道誰看到了誰沒看到。而萬有引力計算公式中有兩個質量項,需要知道對方的質量才可以決定引力的大小。

引入一個常態問題,太陽突然消失了,我們在8分鐘後會「看到」太陽消失,但是地球的引力波與太陽的引力波在一半距離即4分鐘的時候就會相互中斷聯繫(互相拉著的手突然因為有一方面放手而斷了)。是否可以理解為引力波雖然以光速傳播,但引力波產生作用的速度是光速的2倍呢?


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首先回答問題。引力的作用不是握手,而是雙方的相互作用。引力的速度是光速,所以,如果太陽消失了,我們看到光線消失的同時,引力作用也消失了。

另外,我感覺題主混淆了「引力」和「引力波」這兩個概念。地球和太陽之間的相互作用是引力,不是引力波。引力波的定義是這樣的。

在廣義相對論中,引力是質量造成的時空彎曲。當有質量的物體在時空中運動時,這個彎曲也會隨著物體位置移動而變化。在特定的場合下,加速運動的物體會導致時空彎曲像波一樣向外擴散。這種現象叫做引力波。引力波的速度也是光速。

圖片來自Gravitational Waves: The Big Bang"s Smoking Gun當引力波經過你的時候,你可以觀察到空間的變化。你周圍物體的大小,距離會發生波動。引力波會帶走物體的能量。當兩個天體相互圍繞旋轉的時候,由於輻射引力波導致的能量損失,它們的距離會逐漸靠近。這種現象在大質量的天體,如兩個黑洞之間,比較顯著。而對於地球和太陽來說,效果就很小了。由於引力波的作用,地球每天會向太陽靠近10^{-15} 米,和一個質子的直徑差不多。


1. 引力波不是沒有被觀測證實,而是沒有直接觀測證據。間接方法已經確認引力波的存在,1993年諾貝爾獎就是這個。
2. 引力波速度是光速,是理論能推出來的。
3. 8分鐘後會「看到」太陽消失」,是因為「太陽消失」這個事情的光椎,8分鐘後才到達地球。
4. 即便4分鐘的時候已經中斷聯繫,「中斷」這件事情,也仍然要再過4分鐘後才能傳到地球,讓地球變軌。結果還是8分鐘,仍然不是光速的2倍。


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引力波存在於時空中,既四維世界中。他是唯一能跨越不同維度的作用力,即:他能影響三維世界所處的的第四維:時間。
再繼續介紹引力波之前我們先來了解一下愛因斯坦的廣義廣義相對論。廣義相對論告訴我們兩個基本信息,首先我們所處的時空和宇宙是三維空間加一維時間所構成,即:某個時間,你處在某個位置,這些信息,構成了你所處的時空。其次,他還告訴我們:你或者物質如何運動和發展取決於你們所處的時空的性質,比如時間過得快還是慢,反過來,你所處的時空,會因為這個時空里的物質質量的大小發生變化或彎曲 比如:質量極大的黑洞,會對其周邊的時空產生巨大影響,讓其時間過快或變慢。如果物質是靜止的,那麼它對周邊時空產生的影響就是恆定的,但如果它是運動著的,他對周邊時空產生的影響就是處在不斷變化中的。
從高中物理我們就可以知道變化的電場和磁場,能夠產生電磁波。同樣變化的引力也能產生引力波,這種導致運動中的物質對其周邊時空產生影響的就是引力波。這就好像在清澈的湖水,中有一條靜止不動的船,此時湖面不會有任何變化的,但如果船開始滑動它就會在其周邊形成陣陣漣漪和波紋。引力波也是如此。因此,人們通常又稱引力波稱作「」時空的漣漪」。

不過考慮到質量小的物質對其周邊的時空的影響微乎其微,完全可以忽略不計。因此,現在說的引力波通常都是指質量極其大,如:太陽 黑洞or脈衝星等星體所產生的引力波?甚至來自宇宙大爆炸時期的原初引力波。

記得支持我的觀點哦


如果類比電磁場來理解引力場,應該不會有題述問題啊。太陽廣播的引力【場】只跟太陽有關(由於太陽質量所導致的時空彎曲),而在地球的位置,對地球的質量產生相互作用而產生「引力」的表現。



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