如果一束引力波在傳播到地球的路徑中,恰巧存在一個黑洞。那麼這束引力波還能夠傳播到地球么?

如題。另外,這裡是知乎,某些一句話:能,或者不能,卻不講作用過程機制的答案請安息。
—————————————
評論中有人說波會衍射,那麼潛台詞就是黑洞會吸收並阻斷到達的引力波,是自己成為「障礙」。引力波不能傳遞出黑洞?黑洞散發的引力也是交換虛粒子(虛引力子)的產物?sorry,這兩位回答者不能給贊,你們的回答給人感覺是老在洞口晃,就是不射精。


能。

黑洞在引力波源與地球之間,則引力波傳至黑洞附近後發生的物理過程,是強引力場下的引力波問題。我們知道引力波本身是在弱引力場條件下做線性近似得到的,即

g_{mu 
u}=eta_{mu 
u}+h_{mu 
u}

其中 eta_{mu 
u} 是閔科夫斯基時空度規, h_{mu 
u} 是相對於前者非常微小的擾動,它是我們所稱的引力波。黑洞附近強引力場下,如果仍做上述拆分, h_{mu 
u} 不再是小量,計算波動方程時,便不能把 h_{mu 
u} 的高階項扔掉了。是不是寫成施瓦西度規和擾動項就可以呢?不行,因為施瓦西度規(取了坐標系後)的分量與坐標有關,計算躲不開。

看上去問題很複雜,我們可以逆向定性考慮:時間反演。於是,朝黑洞傳來的引力波在時間反演後,變成黑洞「發射」引力波,避免了計算引力波與黑洞的相互作用過程。於是,我們把引力波與黑洞相互作用的過程等價為足夠遠的觀察者(如地球)看到的黑洞發射引力波過程。這樣,問題好處理了,引力波途經黑洞,像被黑洞再次發射出來一樣,然後回到足夠遠(保證為閔科夫斯基時空),其頻率、波長和沒有黑洞時測得是一樣的。Well,這是衍射嗎?我不知道。


結論是可以。

最簡單的情況,如果黑洞離引力波傳到我們這裡的路徑有一定距離,那麼這個時候可以用幾何光學近似,類光測地線怎麼彎引力波的傳播路徑就怎麼彎。

更加複雜的情況,如果黑洞離路徑很近,甚至就在路徑上,那麼幾何光學近似就不能用了。上面也有回答說了,強場下將度規分成平直時空加擾動也是不行的。而分成黑洞度規加擾動會非常複雜,方程基本就是一大坨糾纏在一起沒法兒解。

但是比較複雜不是不能做,Teukolsky在七十年代用六十年代的Newman-Penrose 形式,給出了外爾張量的擾動方程,並且成功實現了分離變數——其實分離變數成功就表示這方程能解了。然後如果想要度規的話,做一下轉換就可以了。

Kerr黑洞對各種場的散射問題就已經被陸續做了,於是就可以給出對於不同頻率的入射波的吸收截面。

也就是說,一束引力波經過黑洞以後,不同的分量會有不同程度的衰減。對整體的波形會有一個調製。但是還是能傳播到地球的。

另外說一點,前面有人回答提到「我不記得在哪裡看到,波長很長的電磁波可以繞過尺度小于波長的黑洞,很少被吸收。」後被評價為民科,這是不對的,因為這個結論是嚴格的計算給出來的,雖然該描述並不夠準確。

這個結論被稱為黑洞的superradiance,也就是說就是某些低頻的波在經過旋轉的黑洞以後不但不會衰減,反而會增強。這個限制是波的頻率f和角頻率m的比要小於黑洞視界的角速度Ω。

這個結論物理上看其實很好理解,可以看成彭羅斯過程的波動版本,也就是一束低頻的波在經過轉動黑洞的時候也可以提取黑洞的角動量,從而使自己增強。


我不記得在哪裡看到,波長很長的電磁波可以繞過尺度小于波長的黑洞,很少被吸收。

引力波應該也是類似的。引力波波長很長,大部分黑洞應該也能繞過去。

就算遇到巨型黑洞,由於它們離地球很遠,遮蔽的效果可以忽略不計。


謝邀,首先答案是能,理由我也沒有深入研究學習過,但似乎跟衍射沒關係,待我這幾天去查查資料再來補充。

啊啊啊我好激動啊第一次有人邀請我回答問題,請大家一定督促我回來更新o(〃"▽"〃)o


我也想到一個類似的一個怪問題。
看了已有的回答,如果黑洞也吸收引力波,那麼就算引力波能夠衍射繞過,但是靠近黑洞半徑附近的,肯定無法衍射繞過。那麼在引力波源的另一邊的物體,肯定接收不到引力波,黑洞在這個物體和引力波源的中間。
在引申一下,假設黑洞兩邊有兩個物體,就在黑洞附近,但在黑洞半徑之外。這種情況下,這兩個物體,是否還存在引力?如果有引力,那麼黑洞顯然也不是能夠吸收一切。如果沒有引力,那黑洞豈不是就變成引力的屏蔽源?這似乎是一個廣義相對論的悖論。


你自己做個實驗不就得了?
弄個灌滿水的大浴缸,把底部塞子拔了,水面上會出現一個漩渦~
在其它位置敲擊水面製造一個水波,觀察水波通過漩渦時的情形~
調整洞口大小來調整漩渦半徑,調整敲擊水面的位置,頻率,幅度,然後評估~


題主最後的比喻太不恰當了,知乎里拒絕黃色內容。謝謝


這估計是我唯一能回答的涉及到現代物理的題目了,波可以衍射,也就是說,波可以繞著黑洞走。引力波也是波。


推薦閱讀:

靠量子糾纏是如何傳遞信息的?
這篇關於暗物質,暗能量,量子糾纏的文章有哪些謬誤之處?
把兩個糾纏態的量子其中的一個扔進黑洞里,另一個會發生什麼?
到底什麼是量子物理?

TAG:物理學 | 黑洞 | 量子 | 量子理論 | 量子宇宙學 |