現在天文物理界這麼熱衷引力波,那具體會為人類帶來那些實質科技進步?
首先,有必要簡單介紹一下什麼是引力波。
引力波最初是愛因斯坦在一個世紀前根據廣義相對論作出的預言。在廣義相對論中,時空和物質的影響是相互的。正所謂——時空告訴物質如何運動,物質告訴時空如何彎曲。物質分布狀態的改變會引起時空發生相應的變化,就像在平靜的湖面扔一塊石頭,盪起一次次漣漪。因此,引力波也被稱為時空的漣漪。
然而,引力波極其微弱,探測起來並非易事。直到2016年2月,美國激光干涉儀引力波天文台(LIGO)才宣布人類首次探測到引力波。實際上,這次驚天發現的數據是LIGO於2015年9月14日探測到的,來自於十幾億光年外一對雙黑洞的碰撞與併合。
隨後,天文學家又多次探測到類似的現象。
尤為值得一提的是,2017年10月,世界各大天文台聯合發布了關於引力波前所未見的重大發現——人類首次探測到雙中子星併合產生的引力波和電磁信號。這又是一次新的突破,讓整個天文學界再次沸騰了。
天文學家熱衷於引力波是有原因的。引力波的發現不僅是對愛因斯坦廣義相對論的又一次驗證,還可能開啟天文學新時代——引力波天文學。
目前,科學家對宇宙的探測主要依靠電磁波。然而,電磁波在傳播過程中容易受到干擾。相比之下,引力波具有得天獨厚的優勢——保真性強,在傳播過程中幾乎不受物質干擾,能夠把遙遠宇宙的原始信息最真實地傳遞過來,從而為我們揭開更多宇宙奧秘。
至於引力波能為人類帶來哪些實質科技進步呢?我們不妨從科幻中開開腦洞。比如,《三體》中提到的引力波通信。因為引力波在宇宙中傳播的保真性強,所以這對人類通信技術而言將是一次顛覆。
不過,要實現引力波通信,人類對引力波的探測精度至少還要提高好幾個數量級。
關於引力波問題,首先覺得有必要解釋一下引力波的概念,百度和各種詞條的解釋都太專業,我就用最通俗的語言解釋一下引力波是什麼:整個宇宙時空是一個沒有邊際彈簧床,兩個鉛球在彈簧床上相互碰撞或者其中一個滾動起來,會從鉛球處產生一股波動,輻散到整個彈簧床。這種波不會輕易消散,但會變的越來越弱。
10月16日22時,美國天文研究兩大機構LIGO、VIGO在位於華盛頓特區舉行兩場新聞發布會,宣布再次發現引力波的蹤跡,這是既2015年第一次發現引力波之後的再一次發現。而新聞發布會內容並不全,於是一位叫Peter Yoachim就出來解釋說這個引力波源的光學對應體位於水蛇座星系,距離地球1.3億光年,估計是雙中子星合併形成的。然後就沒有然後了,這看起來似乎是他透露了科研界的內部消息,所以才沒有下文。但再次發現引力波確實讓許多天文學家興奮不已。
至於為什麼興奮,答案就可以回複本命題的第一個問題了,天文物理界之所以極力熱衷尋找和證實引力波的,原因有二:第一,引力波的概念是由愛因斯坦在1916年提出相對論的時候提出的一個假設概念,如果能夠證實這個概念的存在,則證明了愛因斯坦的廣義相對論,這個成就足以讓發現者功成名就;第二,天文物理界目前最熱門的研究就是宇宙的探索和外星生命的探索,至於時空穿梭的研究,由於科技水平問題,並不是其熱門方向,而引力波的存在能夠為探索宇宙和外星生命體做出極大的貢獻,所以學界會不斷尋找並證實引力波。
具體為人類帶來的實質科技進步簡單的說就是探索宇宙!包括宇宙起源,宇宙時空,外星生命,即在不離開地球的前提下探索宇宙的真面目!具體內容可以搜索下一個問題:引力波如何幫助人類探索宇宙?
追問理論物理研究怎樣為人類帶來立竿見影的效果。這樣的問題怎麼看都帶走濃濃的中國特色。「這有啥用?」,「我就問你引力波能降房價嗎?」
科學家追求的是科學(sciences),是真理,不是「真理的用途」,當然自然會有工程師去發現「真理的用途」,那叫技術(technologies),然後會有商人把技術變成產品,這時普通人才會覺得「有用」。而這個過程短則幾十年,長則上百年。
科學家追求真理是被好奇心和求知慾所驅使,而非實用性。正如美國大物理學家費曼所說(也許是訛傳,不過符合他的本色):研究物理就和sex一樣,最終也許會造成一些後果,但那不是我們感到快樂的原因。
引力波的發現與證實都屬於基礎科學的範疇,這些對宇宙的深刻認知,極大的豐富了人類的精神世界,滿足了人類的好奇心,如果說引力波的現實作用,其實更多的是人類精神上的。
其次,引力波的發現與確認,可以檢驗人類現有的物理學理論,確保物理學體系的可靠,因為人類的科技基本上都是基於現有的物理理論的,如果物理大廈的基礎都不牢固,那麼人類的科技的發展前景就會受到巨大限制,畢竟基礎科學都是前瞻性的,越基礎就越前瞻。
至於引力波其它的現實作用,則基本沒有,這一點都不遺憾,人類應該腳踏實地,但總需要一部分人仰望星空。
一句又探測到了引力波,好像很吸引人們的眼球。如果我們認真思考下,一個在宇宙空間行走了幾億年的引力波在經過地球的瞬間這麼巧就讓你們給探測到了,這是多麼小的概率啊!可以說是幾十萬億分之一吧?有可能嗎?連引力波是啥樣的還沒搞清楚,就說探測到了引力波,其實引力波根本就不存在,只是現在的人們認為只要靠近了愛因斯坦的理論就會有錢收就會得獎,所以他們就不要這樣厚顏無恥的出來騙人了!
引力波的發現與驗證,於人類科技進步實質應用微乎其微!但在改變人類自身認知、思維、生命、時空、多樣物質、等等方面將顛覆以往!時空萬物消亡於重生,重生於消亡!最偉大的科學家最能感知神靈的存在……人類生命僅僅隨波而逐流……善待我們這個星球!善待一切生靈!這是我們唯一能做的。
本身這個問題這麼問,就不成熟!當時的GPS剛發明出來,僅僅是用作地球氣象,山脈定位,後來是軍隊,最後才普及到普通百姓身上,就像現在發現的引力波,僅僅知道他是一種高質量物體合併後產生的時空漣漪,但隨著人類對引力波的不斷研究,認知,才會應用到我們的生活中吧,我們目前僅僅是宇宙中的第四代文明,即智慧生物文明,宇宙中能夠產生智慧生物是很不容易的。可以發揮想像,有了引力波的發現,人類能夠製造出比核更厲害的武器,有了引力波,能夠讓我們進行宇宙深空探索提供動力!由於引力波中的伽瑪射線在宇宙真空中幾乎不會有衰減,可以幫住人類對宇宙天體活動的觀測,探知黑洞等其他宇宙活動的最原始行為。
科技的進步需要靜心地去研究,而不是很快的同市場化聯繫,從認知到市場化,還需要很長的路要走!
引力波得到了驗證,說明了時空也是一種介質。通俗說,我們過去以為的宇宙太空是真空,真空是空無一物的,其實還是有一種見不著摸不著的介質那就是時空。質量巨大的物體存在於時空的時候,會對周邊的時空造成擠壓,於是時空就發生塌陷或者彎曲,從該區域通過的一切物質包括光線電磁波也隨著時空彎曲而彎曲。如果這個質量巨大的物體在高速旋轉,也就不可避免的扯動周邊的時空,發生類似漣漪的波動,這就是引力波,引力波就通過天體旋轉傳播向宇宙傳播。引力波是一種時空能量,應該是天體消耗了本身的質量,把質量轉變為能量,向外傳播的一種形式。
人類理解了引力波,明白了時空彎曲的原理,懂得了地球為什麼會圍繞太陽旋轉,月球為什圍著地球旋轉。未來或許可以用這種手段,可以在宇宙航行中使用彎曲原理,縮短星際航行。也可以用引力波製造新能源,新武器,新動力。
這個問題可能不那麼好回答,因為未來很多的事情我們很難搞清楚的,就像當初發現電磁波的時候,誰也沒想到會有今天這麼廣泛的應用,也許隨著對引力波的進一步研究,了解它更多的特性後才能決定它的用途,不過根據目前已有的性質我們可以知道他的一些用途,比如超遠距離的傳送信息,因為引力波記過極長距離的傳播後也不會有很大的衰減
引力波的發現其主要現實意義目前只有一個,那就是進一步驗證廣義相對論對時空觀認識。另外這個發現可以引發一些問題,比如雙中子星旋轉為何能合併?也或者說都認為是理所當然的事沒認為是個問題,而在我看來是個重要問題,這一現象說明雙子星在不斷消耗動能才使得兩者逐漸相互靠近最後合併成一體,也就是說引力波是能量波,是消耗星體動能產生的,那麼也可以引申所有天體運動是否同樣有動能消耗問題。還有個問題就是引力波先於光六秒到達地球,目前本人沒看到官方權威解釋其原因,既然是科學家發布的這個現象自然不是小兒科那種合併後才發出的光自然比引力波晚的傻傻的問題,本人有個猜測就是宇宙時空不是均勻的,為了形象說明可以理解為時空密度不同,密度越大光子穿越耗時越長,這並不違反狹義相對論,因為度規也相應不同,在穿越時空曲率不為零區域光子路徑發生彎曲,光子飛行路徑變長,而對於引力波而言不存在路徑彎曲問題,因為它是空間三維曲面向外擴散,這就造成時間差現象。如果這個猜測被證實,那麼,間接驗證空間暗物質存在,是它讓宇宙時空變得不平坦。
推薦閱讀:
※引力是不是由引力波產生的呢?
※2017年諾貝爾物理學獎發現的引力波對於人類未來有什麼重大影響?
※基於經驗主義去思考物理學「真空」、「時空」的問題?
※光線會因時空發生彎曲,到達地球前可能已多次彎曲,那麼靠光線測天體距離是否不靠譜?