引力波是时空的曲率的涟漪,从源处以光速传播。
当一列线性偏振的引力波向你迎面走来时,你周围的时空会不断压缩-拉伸-压缩-拉伸,循环往复。
地球绕太阳相互转动的系统产生的引力波辐射,整个功率才200瓦
双黑洞系统在短短的一秒钟内将3倍太阳质量(600万亿亿亿千克)的物质通过质能方程转化为巨大的能量。太阳每秒能将40亿千克的物质转化为能量。如此巨大的能量,在经过地球时,却仅仅耗散10-17次方焦耳的能量,相当于一个X射线光子的能量。
万有引力常数G的数值极其微小,意味着相比其他三种基本作用力强力、弱力、电磁力,引力实在是太微弱了。我们不妨把时空想象成一根弹簧,时空中的质量变化会导致弹簧的伸缩。但是由于引力常数太过微小,所以时空这根弹簧非常之硬,以至于其改变极难察觉,即使施加巨大的能量也仅仅改变分毫。而且极少与其他物质相互作用,所以阻隔的再厚的墙壁在引力波面前都如同透明一样。
LIGO干涉仪是由两条分别长达4公里并且互相垂直的干涉臂构成。沿着每条臂传播的激光束在末端反光镜处被反射。当引力波经过时,时空的伸缩导致一条臂长变长的同时另一条臂长变短。当两条臂的长度变得不同时,激光束在两臂传播时间不再相同,也就是说两束激光束的相位不再同步,于是所谓的干涉条纹产生了。经过数年升级工作的新LIGO,能检测出引力波引起的小于质子直径万分之一尺度的变化量来。相当于人头发直径的一万亿分之一。
引力波的波段划分:
1. 原初引力波是频率最低的引力波类型,其次是大质量黑洞并合时发出的引力波,对应的频率在百万分之一到亿分之一赫兹;这种事件往往发生在星系与星系相撞的后期。测量方法是利用毫秒脉冲星作为校准光源
2. 频率为十万分之一到一赫兹,对应的信号来源更丰富,比如质量小一点的大质量黑洞冰河过程的后期,银河系内的白矮双星等;测量手段是空间卫星阵列,比如我国中山大学领导的雄心勃勃的天琴计划是我国正在规划的空间探测引力波实验。
3. 引力波的高频段是几十到几千赫兹,就是这次LIGO宣布的首次引力波探测频段,主要的信号源是中子星、恒星级黑洞等致密天体组成的双星系统。探测手段就是地面数公里的激光干涉装置。
爱因斯坦提出了漂亮的数学模型,没想到上帝还真用了。
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