引力波是電磁波還是機械波?引力波到底是什麼類型的波動?
引力波既不是電磁波也不是機械波。電磁波是電磁場的震蕩的傳播,比如一個加速運動的電荷就會產生電磁波。電磁波也是我們最熟悉的兩種波動之一,光就是電磁波,電磁波的傳播不需要介質,也就是在真空中就可以傳播,這就是我們能夠看到宇宙遠處的天體的原因。當然電磁波也可以在介質中傳播,在不同的介質中不同頻率或者波長的光的傳播的速度不一樣,這就是所謂的色散效應,我們能夠看到美麗的彩虹就是這個原因。
另外一種我們最熟悉的波動就是聲音,聲音就是物質的振動的傳播,所以是機械波,機械波的傳播需要介質,在不同的介質中聲音傳播的速度也是不一樣的。但是在真空中聲音不能傳播,這就是為什麼太空中出艙的宇航員就是面對面也不能說話,必須通過無線電對話。
引力波則是完全不同的一種波。根據廣義相對論,所謂引力,就是質量引起的空間的扭曲,任何物體在彎曲的空間裡面都不能走直線,其結果就好像被引力吸引了,衛星繞著地球轉動就是這個原因。如果空間的彎曲隨時間變化而且向外傳遞,這就是引力波,這是愛因斯坦於1916年預言的。引力波的傳播不需要介質傳遞,換句話說,引力波就是空間的漣漪。2016年2月11號美國的LIGO(激光干涉引力波天文台)宣布的所探測到的引力波是兩個黑洞相互繞轉並且最後撞到一起所產生的,我本人預測這個發現將會獲得2017年的諾貝爾物理學獎,因為這不但是廣義相對論的最重要的一個預言最終被直接驗證了,而且也當之無愧是100年來最重要的科學發現之一。
最後聲明:由於太忙,我沒有時間讀我回答後面的評論和發給我的私信,當然也無法回答評論裡面提出的問題和回復私信。如果您希望我回答您的問題,請在悟空問答提出,然後邀請我回答,我會在方便的時候挑一些問題回答。謝謝!引力波是電磁波?還是機械波? 引力波到底是什麼類型的波? 特邀簡答,再做分析共商有緣人:
客觀地講,引力波既不是電磁波,也不是機械波! 引力波是大宇宙空間內的高能波!電磁波是大宇宙時空內的中能波!機械波是客觀物質間的低能波!
引力波在大宇宙中表現為暗性,任何高端儀器也很難看清穩定的全貌;引力波在大宇宙中性質為只吸不斥,相互吸引,尋求最佳能量平衡位置!
愛因斯坦一百多年前,提出了引力波的概念,但不知道引力波的性質和規律,更不知識引力波產生的根源!為世界頂級科學研究提出了一個「大難題」,至今全球科學界「沒有客觀完整的答案」!
關於引力波的產生、性質和規律,在我們的《宇宙物質全性學》之中,有清晰論述和解釋,有志同道合的專家學者團體機構,再做深層次的分析和討論,共商共創民族基礎科學復興之大業!
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東方易達於 2018-4-14日共商共享有緣人!
張雙南老師已經給出了明確的答案。引力波是一種全新的波動,這種波是3年前才被發現驗證的。
這個問題有許多答案了。但我會從另一個角度解讀這個問題。
截至今日,人類把波分有三種類型。分別是機械波,電磁波,和引力波。
機械波的發現歷史很悠久,基本上悠久到遠古時期。可以說人類有了抽象思維,就認知到了機械波。典型的機械波有:聲波、水波、地震波等等。
其實嚴格意義上來說,機械波並不是真實存在的一種物質,而是用來描述物質有規律振動的傳遞過程。機械波最大的不同就是傳遞過程需要介質,介質也就是物質,不管是固液氣態,只要是物質(暗物質暫不考慮),那麼機械波才能傳遞下去。真空不能傳聲就很形象地說明了機械波的傳遞需要介質。
直到1865年,麥克斯韋預言了電磁波的存在。在此之前,人類只知道機械波。赫茲證實電磁波存在之後,人們才發現一種全新的波動。
但是人們對電磁波的本質還不是很了解,很多人還把電磁波看成是機械波。這個問題直到量子力學的建立才化解了。人們在這個時候才知道電磁波是一種全新的波動形式,電磁波不需要介質,光子是電磁波的傳播子。光就是典型的電磁波。
引力波是愛因斯坦在1916年發表的《廣義相對論》的一個重要預言。這個預言直到2015年才被人類首次觀測並證實。引力波不同於機械波和電磁波,引力波是空間的漣漪,相對論預言引力波的傳遞速度為光速。
施郁(復旦大學物理學系教授)
引力波既不是電磁波,也不是機械波。顧名思義,引力波就是「引力的波」。
在愛因斯坦的廣義相對論中,引力被歸結於時空的彎曲。具體來說,這體現於時空度規中。度規給出了從坐標決定間隔的函數關係。時空度規決定了怎麼從時空坐標決定時空間隔。它有物質的質量分布所決定。
既然引力就是時空彎曲,那麼引力波就是這種彎曲程度的振動的傳播,所以又被稱作「時空的漣漪」。
數學上,可以考慮弱引力場的情形。將時空度規看成沒有引力時的平直時空受到擾動。然後根據愛因斯坦的引力場方程,得到這個時空度規的擾動所服從的數學方程。
這個方程就是一個波動方程。它表明,引力波以光速在空間中傳播。
牛頓力學中沒有引力波,觀測到引力波也就驗證了廣義相對論。
有趣的是,引力波像電磁波一樣是橫波。所謂橫波,是說振動的方向在垂直於傳播方向的平面上。更有甚者,引力波也像電磁波那樣有兩個獨立的偏振態。
引力很弱。引力波主要來自超新星爆發、中子星、黑洞等等以及宇宙大爆炸。引力波很難探測。最強的引力波導致的相對長度變化也只有0.0…01(其中小數點後面有21個0)。
2015年9月14日,美國的激光干涉引力波天文台 (LIGO)探測到來自13億光年外的兩個黑洞併合所產生的引力波。
我不是在職科學家,但是可談一下理解。
題主這麼問我就當做題主默認理解機械波和電磁波的含義了。生活中最常見的波形應該就是水波了,它也很好的描繪了什麼是波:
點機械波與電磁波不同,機械波的傳播需要介質,就好比足球場中的人浪,一個一個互相傳遞,人浪這種波就相當於機械波,需要人的傳播。電磁波不需要介質,反而介質會阻礙其速度。
這兩種波都比較容易理解,但想要理解引力波需要一種新的時空觀,引力波是愛因斯坦廣義相對論預言的一種現象,我們通常認為空間就是空間,一個三維的,平直的空間。
可是愛因斯坦的廣義相對論認為,空間加上時間構成了四維時空,並且這種時空是可以彎曲的,所以簡單理解,引力波就是時空的波動。所以想要理解引力波,首先就應該把時空獨立出來考慮。
目前有所謂的權威或主流解釋,都有一點點道理,但牽強附會,不能讓人心悅誠服地感到釋然。以下是我的思考,不必當真,也不必少見多怪,歡迎物理大家參與討論。
1. 不管什麼波,都是物質波。
1.1 物質波的定義。
物質運動的圖景,叫物質波。不管什麼波,都是物質波。物質波,既有質量,又有能量。說「光傳播不需介質」是一大誤區,導致愛因斯坦放棄了引力場方程中的宇宙真空場(Λgμv),時空彎曲論,徹底否定了真空物質的存在性,導致暗物質與暗能量無從著落。物質波可以分為兩大類。
1.2 第一類物質波——單子物質波
單子物質波,也叫體系物質波,簡稱「單波」,是被作為一個質點的量子、粒子、物體、天體、物系、體系,其運動形成的軌跡。
例如,1個電子的運動,可以形成單電子物質波,其實是電子波動的軌跡,簡稱電子單波。汽車的運動,可以看作汽車物質波。地球運動的軌跡,簡稱地球單波。太陽系,作為一個整體,在銀河系的運動,叫太陽系單波。
1.3 第二類物質波——群子物質波。
群子物質波,也叫介質物質波,簡稱「群波」,是空間大量單子以「多米諾骨牌」接力傳遞形成的物質波。雖然單子的速度(單速度)未必很快,但是群子的速度(群速度)一定很快。
例如:氣體群子波,也叫氣體介質波,簡稱氣體群波,是一個個氣體分子接力傳遞的群波。水體介質波,簡稱水體群波,是水分子接力傳遞的群波。晶體介質波,是晶胞之間接力傳遞聲子的群波。玻璃介質波,是非晶體二氧化硅分子之間的群波。真空介質波,也叫真空漣漪,是真空介質量子,即量子場論的虛粒子,之間的群波。
2.物理學的兩大誤區。
當下的理論物理學,可謂雲里霧裡,某些學說變得神乎其神,違背經典動力學原理的神邏輯,可謂甚囂塵上。其根本原因,皆源自以下兩大誤區。
2.1 真空虛無論,是物理學第一大誤區。自從邁克爾遜莫雷實驗否定以太介質以後,真空就被愛因斯坦等人認為是虛無的空間,說光在真空(非介質)中傳播。以下我給出四個理據。
①根據溫度的定義T=mv2/(3k),有溫度的真空,必然有質量(粒子)與能量。
②根據電動力學方程c2=1/ε0μ0,真空有電容率與磁導率,說明真空是一種介質。
③根據Casimir諧振腔實驗,被震蕩的真空可以輻射電磁波,說明真空是一種漣漪。
④真空虛無論的直接後果是:本來真空漣漪就是暗物質的代名詞,否定真空是一種無形物質,那麼暗物質在何處安生呢?
2.2 質能守恆論,是物理學的第二大誤區。
這個誤區,來自第一誤區的真空虛無論。自從有了愛因斯坦相對論,自從有了若干「證據」的錯誤解釋,錯誤支持了愛因斯坦的質能轉換公式與引力場方程。
我認為,質量歸質量,能量歸能量,不可混為一談,所謂花開兩束,各表一枝。宇宙萬象都是物質,物質是質量與能量在真空中的統一體。質量有自己的空間,有質密分布。能量有自己的空間,有能密分布。任何自然的分布結局,都是持續的動態平衡,都是最低能耗的慣性分布。
例如,核外的電子,既有9.1e-31kg的質量,又有其運動的動能,是同一電子的兩個屬性。
又如,速度100m/s的汽車,既有(如)1噸=1000kg的質量,又有?mv2=5000000N的動能,不能混為一談,不必說增加動能就增加了汽車質量,汽車各原子摩爾數沒變。
3. 估算物質波量子的參數。
為簡化起見,科學記數法一律用e代表測量精度,例如2.6×103寫成「2.6e3」。為簡化說明,以下計算強調精度,不追求係數。
3.1 引力子參數的估算。
真空介質漣漪,簡稱「漣漪」或「漣」,是在宇宙中最細微、最精妙、最快速的物質波。1個漣漪,就是1個真空介質量子,簡稱「漣子」,相對於量子場論的虛粒子。漣子質量:m0=1.26e-39kg。 漣子波長:λ=h/(m0c),在2.725K時,漣子有最低能量,即:E0=m0c2。
引力子就是真空介質的漣漪量子,簡稱漣子,不同能密空間的引力子或漣子的大小不等,但有上下限,取決於環境溫度。
3.2 光量子的參數估算。
光子的物質波,其波長λ=h/(mc),或者由E=hc/λ推得λ=hc/E,這裡的光子質量是e=638327600個真空漣漪(m0)的疊加質量。電磁振蕩1周,推壓638327600個漣漪群,形成1個波長質量。
根據±e→±γ+2×0.5MeV。光子質量相當於電子質量,光速的電子是最高頻率的光子,相當於1個電中微子(v),其最短波長:λ=h/(mc)=6.63e-43/(9.1e-31×3e8)=2.4e-21m。由此得光子的最高頻率:f=c/λ=1.25e29Hz。根據中子衰變:n→p+e+v,可能中子內的高能電子「-e」分解為自由電子e與反中微子v。即:-e=e+v≈e+γ。
最低頻光子波長,與最低溫度(2.725K)相對應(人造的不算)。光子是展開的電子,電子內秉勢能就是光子的最低能量,即:Ep=mc2=9.1e-31×9e16=8.2e-14J,光子最低頻率:f=hc/E =6.63e-43×3e8/8.2e-14=2.4e-21Hz。光子最長波長:λ=c/f =3e8/2.4e-21=1.25e29m。
用mc2=3kT驗證:T=mc2/(3k)= 9.1e-31×3e8/(3×1.38e-23)=6.6e-8K。幾乎是絕對零度。
▲1個電子激發的真空漣漪波陣面,有部分漣漪穿越狹縫的圖景,由於沒有糾纏或共振,不能形成雙縫干涉實驗明暗相間條紋的效果。3.3 聲量子參數的估算。
1個聲子的物質波,是聲源振子震蕩1周,推壓(例如)1個空氣分子形成的波。其波長能用λ=h/(mv)么?v=340m/s,若聲頻f=100Hz, 則波長λ=v/(2πf)=340/(2×3.14×100)=0.54m,聲子質量:m=h/(vλ)=6.63e-43/(340×0.54) =3.6e-45kg,顯然荒唐。假設聲子質量是1個空氣分子質量,接近氮氣分子N2=2×14×1.66e-27=5e-26kg。空氣分子的傳波強度:k=λmv =0.54×5e-26×340 =9.18e-24m2kg/s。
而鋼鐵聲速1500m,若假設聲子頻率f=100Hz,鐵原子作為聲子的質量:m=56×1.66e-27 =9.3e-26,其波長:λ=v/(2πf)=1500(2×3.14×100)=2.4m,其傳聲強度:k=λmv =2.4×9.3e-26×1500=3e-22。
3.4 電量子參數的估算。
電量子,就是1個電子,與光量子或光子對應。考慮到單電子雙縫干涉效應的本質是真空漣漪干涉,這裡電子質量m其實是638327600個漣漪m0的群,光速c是漣漪群的速度,由於m0是極低溫度2.725K下漣子質量,因此,電子的康普頓波長是最長的電子波長。 1個電子的物質波,可以康普頓波長計算:λ=h/(mc) =6.63e-43/(9.1e-31×3e8)=2.4e-12m。 電子的最低頻率:f=c/λ= 3e8/2.4e-12= 1.25e20Hz。
▲1個電子激發漣漪形成1個波陣面,從雙縫穿出形成的2個波陣面相互糾纏共振,在底屏上留下明暗相間的條紋,共振的導致明紋,非共振的導致暗紋。
3.5 物質波介質的傳波強度。
建立傳波強度的概念,有利於正確理解波的物理本質,正確區別機械波與光速波。
就機械物質波而言,其介質的傳波強度寫成k=λmv,不同介質有不同傳聲強度。
就光速物質波而言,其真空漣漪的傳波強度,可做如下推導。λ=(h/c)m=k"m,k"=h/c=6.63e-43/(3e8)=2.21e-51。這就是電磁波與引力波在真空漣漪中的傳光強度(常數)。
引力波到底是電磁波還是機械波?這個問題問的非常好,因為這個問題顯示了人類的自大和固執。人類在科研領域總是想著駕馭宇宙,並把宇宙中的一切事物裝進自己事先設定好的個個口袋,這就是人類難以克服的思維弊病。相信大家都整理過家務,在整理家務過程中人們會把家裡雜亂的東西按類分別地放在一起。但是在這種情況下,不知道大家有沒有注意到一點,往往在整理到最後的時候總是有一些東西沒有辦法歸類。我們整理一個小小房間的家務尚且如此,又何況現在我們在整理宇宙呢?所以宇宙中的事物更不可能按照人類事先設定好的標準去分類,因此人類又何必一定要將力引波強行的劃入電磁波範圍或者是機械波的範圍呢?只有打破主觀思維,才能更好的認清客觀的宇宙。
電磁波不需要介質?那電場磁場這種早被定義為物質的東東是什麼東東?現行物理定義中電磁波是靠電場磁場傳播的,而這電場磁場是物質的一種形式!沒有一種波動不需要介質,即使它看不到也摸不著。
宇宙中,不存在萬有引力,何來引力波?雖然,2017年科學界,似乎發現了所謂「引力波」。
所謂「引力波」,大抵是能場波!
16年我就在國外買過一本引力波科普書。是實際參與引力波探測項目的科學家編寫的書。因為16年的時候我國沒有參與(國外排斥中國參與此類重大科研項目)也沒有幾個靠譜的引力波發現後的科學家對引力波的解釋。網路上泛濫的基本都也是大家目前看到的 兩個黑洞碰撞的鸚鵡學話似的千篇一律的相同內容。
參與引力波探測的科學家對引力波的共同觀點是引力波是四極輻射波,是孤立子波,類似機械波的波動,但沒確定是機械波。也沒有說明原因。
兩個黑洞碰撞的相關學術論文也很多。70年代美國物理學者就曾發表過兩個黑洞碰撞產生引力的理論 論文題目是 《兩個黑洞碰撞:理論框架》。
這次探測引力波的裝置是激光干涉儀,深埋在地底。愛因斯坦曾主張引力波是類似電磁波的波動。激光是電磁波,與激光發生干涉也應該是電磁波才可以發生干涉。但實際現實情況是電磁波不能穿透地面,否則與地底通信早採用了。還有這次發現的引力波的頻率是15Hz,在與衛星通信中15Hz的電磁波無法穿透電離層與外太空的衛星聯繫。因此斷定引力波不是電磁波。
從黑洞碰撞的物理機理看應該是機械波。15Hz機械波是可以穿透電離層也可以穿透地面,但重要的是機械波與電磁波是兩種不同性質的波動無法發生干涉。
所以Ligo科學家只能認為是類似機械波的波動。但畢竟研究引力波的科學家個個都不是等離子體物理學專家。目前的前沿物理學科都分的很細,結果導致每個人研究的都不同隔行隔如山的局面。像研究引力波的問題必須跨行業多門學科的共同配合才能完成。顯然我們人類目前研究引力波的團隊裡面相關各行業人才不足。
在等離子體物理學中把宇宙的99%都看做等離子體。實際情況也是這宇宙幾乎都是等離子體組成。那麼研究宇宙物理現象的學者無等離子體物理學知識去靠根本無等離子體物理理論的相對論知識來研究宇宙就是一件扯淡的事!
其實在黑洞探測時已經通過觀測發現當吸入氣體星球時候 黑洞周圍有旋轉的等離子體組成的旋轉吸盤,而且從吸盤兩端噴射出等離子體粒子。
那麼整個黑洞就是等離子體組成的。
在等離子體碰撞反應中產生一種特殊的波動-磁聲波!
帶電磁波和機械波特性的波動。
15Hz磁聲波是穿透性極強,能輕鬆穿透地球,也同時與激光發生干涉。
若引力波是磁聲波,那麼這與愛因斯坦所主張的時空彎曲導致產生引力,引力以波的形式傳播的觀點不相符。對待此問題科學家必須得謹慎慎言,否則將聲敗名裂!
所以學術界不敢對外發表引力波的更多的內容!
顯然愛因斯坦的引力理論主張是錯誤的!所以現在Ligo實際參與引力波探測的科學家團隊內部對愛因斯坦的引力理論持有懷疑態度!
我看著答案實在是無語。
答案真是五花八門啊!難道都沒看過國外Ligo引力波探測科學家所發表的相關引力波的科學研究的學術文獻嗎?
激光干涉儀埋在地底下 什麼波動能穿透?電磁波是根本不能穿透地面,也就縱波能穿透。激光干涉儀發出來的激光是是電磁波,那什麼波動能與激光干涉?按波動學理論來說相同波動之間才能發生干涉。那麼說明引力波也帶電磁波性質的波動。帶電磁波特性同時帶縱波特性的波動有沒有?有!是磁聲波!磁聲波可以與電磁波發生干涉,也同時是縱波,也帶機械波特性!也毫不費力的穿透地球!
那磁聲波是怎麼產生?
逆推的話 磁聲波在高溫等離子體反應中產生。也就是說在像太陽那樣的核聚變反應環境下產生!
能不能用學到的物理知識體系靠譜的推導呢?
看著大家發上來的文章真暈!
補充一些資料吧 。否則會帶來很多誤解!
Ligo所使用的激光干涉儀是法布里-珀羅干涉儀。是通過感知振動,位於真空腔內的反射鏡產生振動變化探測引力波頻率。並不是因為我不知道而提出上述質疑。因為有的在職科研所所謂磚家提出荒唐的言論才這樣質疑!
下面是我從國外購買的相關引力波外文書籍中截圖的。引力波探測裝置激光干涉儀和 已經探測到的引力波波形及激光干涉儀探測靈敏度測試結果及本次引力波接收信號等。
Ligo 激光干涉儀
真空探測腔
探測反射鏡(通過感知這反射鏡的振蕩變化探測引力波頻率)
懸架減少振動誤差裝置
各引力波波形
干涉儀靈敏度測試表
引力波信號探測
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