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引力波,宇宙中無所不在的波動

引力波Gravitational wave,被台灣學界稱之為重力波,英文當中有時也會寫作 gravity wave;但是在更多的場合當中,gravity wave主要是留給地球科學與流體力學當中的另一種性質相當迥異的一個波動。

引力波關於萬有引力的主要本質是什麼,牛頓則認為是一種即時的超距作用,它是不需要傳遞的一個信使。在相對論當中,愛因斯坦則認為這是一種跟電磁波具有一樣的波動,因此稱之為引力波。引力波同時也是時空曲率的一種擾動主要以行進波的一些形式向外不斷傳遞。對於引力的輻射則是另外一種稱呼,所指的就是這些波主要從星體或者星系當中所輻射出來的一種現象。當電荷被加速時也會發出一定的電磁輻射,同樣具有一定質量的一些物體被加速時就會不斷發出一些引力輻射,這是廣義相對論上的一項十分重要的預言。

引力波在流體力學當中,重力波(gravity wave)則是指液體的介質內或者兩種介質面之間的一種波。當液體的表面或者內部的液團由於具有一定的密度差異而離開原來的位置,因此在重力(gravity force)和浮力(buoyancy force)的一定綜合作用之下,液團則會處於一些上下振動以達到一定平衡的主要狀態。即產生一些波動。

引力波的存在而且也真的是無所不在,是廣義上相對論當中的一項毫不模糊的一些預言。對於所有的相互競爭都會被一致認可的一個重力理論,並能夠與先前可得的一切證據都能夠達到相當的準確。同時所預言的一些引力輻射特質即各有千秋。而原則上,這些預言對於廣義的相對論所預言的相差甚遠。但很不幸地,對於引力輻射的一些存在性相當具有挑戰性,更不用說要去研究它的一些主要細節。

引力波主要是以波動形式和有限速度所傳播的一些引力場。按照廣義的相對論,產生加速運動的一些質量會極可能產生一些引力波。引力波的主要性質是它就是橫波,從而在遠源處為平面波。它有兩個相當獨立的偏振態。所攜帶的一些能量等。對於引力波所攜帶的一些能量,應可被探測到 。但引力波的一些強度很弱,而且,物質對引力波的一定吸收效率也極低,因此能夠直接探測到引力波顯得極為困難。曾有人曾經宣稱在實驗室里也探測到了一些引力波,但是卻未得到人們的一致公認。因此天文學家通過所觀測的一些雙星軌道參數的一些變化來間接驗證引力波的存在 。例如,對於雙星體系的公轉、中子星的自轉、超新星的爆發,以及一些理論所預言的黑洞的在主要形成、碰撞和所捕獲的物質等過程,都能進行輻射較強的一些引力波。同時我們所預期在地球上可觀測到的具有最強的引力波會來自很遠且又相當古老的一個事件,因此在這個事件當中通過大量的能量發生劇烈的移動(例子包括兩顆中子星的對撞,或兩個極重的黑洞對撞)。

引力波天文學主要是為了觀測天文學20世紀中葉以來開始逐漸興起的一個新興的分支,其發展基礎就是廣義相對論當中引力的一些輻射理論在各類相對論性天體系統研究當中的主要應用。同時與一些基於電磁波觀測當中的一些傳統觀測天文學相對比,引力波天文學主要是通過引力波這個途徑來觀測所發出的一些引力輻射的天體系統。

引力波主要來自於宇宙之間帶有一些強引力場的天文學或者宇宙學波源,近半個世紀以來的一些天體物理學的研究所表明,當引力輻射在天體系統當中所出現的一定場合也非常豐富。對於這些可期待的波源主要包括銀河系內的一個雙星系統(白矮星、中子星或黑洞等緻密星體組成的一些雙星),由於河外星系內的超大質量一些黑洞的主要合併,由於脈衝星的一些自轉,對於超新星的引力坍縮,導致大爆炸留下的主要背景輻射等等。因為引力波的觀測意義不僅在於對廣義相對論的一些直接驗證,更在於它能夠提供一個進行觀測宇宙的一種新途徑,就像去觀測天文學從可見光天文學擴展到全波段的天文學那樣極大擴展著人類的視野。

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