原子核的密度這麼高,為什麼它不能產生可探測的引力波?


主要的原因是:原子核的密度雖然大,但質量實在太小,所以它不能產生可探測的引力波。

原子核是由質子與中子組成的,它的密度與中子星差不多——可能比中子星要小一些,但數量級是可以對比的。

引力波要被探測到,主要依靠的不是密度,而是質量。

一個中子星,它的密度很大,但單個中子星的質量大概是2倍太陽質量,這個質量很小,而且中子星一般是球對稱的,旋轉起來也不會發出引力波——這個叫做伯克霍夫定理,是廣義相對論中的一個定理。連單個中子星都很難激發出引力波,別說一個原子核了。這就好像什麼?一個國家的軍隊都打不過外星人,你讓一個士兵去打敗外星人,那就是不可能的。

所以我們需要兩個中子星碰撞併合發出引力波,引力波的振幅由如下公式計算:

在這個公式里G是牛頓引力常數,C是光速,花寫的Mc是chirp mass(啁啾質量,相當於兩個中子星在一起繞轉時候的質量的一個非線性函數,是一個整體量),而f是雙星繞轉的頻率的1/2——也就是引力波的頻率。

在這裡h0是我們測量到的引力波的振幅,而D是引力波源離探測器的距離。

對原子核來說,我們離原子核可以很近,D很小。但原子核對應的花寫的Mc更小。從上面的公式大致也可以看出,如果質量很小,花寫的Mc就非常小,雖然距離D也可以變小,但你去比較一下就會知道,花寫的Mc比D小的更多,所以振幅h0就小到了我們人類測不出來的程度。


理論上說,任何引力波都可以探測(雖然愛因斯坦曾認為不可探測)。只是人類科技手段還沒先進到探測任何引力波的水平,比如像提問所說的原子核產生的引力波。任何密度再大的物體,只要質量足夠小,人類都可能探測不到。引力波的大小與質量有關。


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