若是把引力认为是牛顿说的力, 就很难理解波了 。 只要能先忘失落引力是一种力, 宁可想当作“冲击波”都行, 让我从头给您灌注贯注一遍为什么工具会落地 。
爱因斯坦在他的《广义相对论》论中提出的更切确的引力描述, 引力波的概念就是从他那来的, 但他说的仍是会很抽象, 所以多上点动图 。
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图:爱因斯说:引力不是力只是穿越时空的涟漪
时空扭曲
《广义相对论》把引力描述为空间和时候的弯曲 。 所有物体城市扭曲时空 。
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当其他物体穿过这个扭曲的时空时, 它们会沿着弯曲的时空路径活动 。 这些弯曲的路径看起来像是施加在物体上的力, 从而发生的成果, 但现实上它们是时空自己被扭曲的成果 。
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例如, 当您把一个球扔给您的伴侣, 在重力的影响下, 它会沿着一个光滑的抛物线轨迹活动 。 牛顿定律认为, 是地球的质量发生的引力感化在了棒球上, 逐渐将棒球从直线活动中拉了下来 。
然而, 更精确的描述是这样的:地球扭曲了空间和时候 。 棒球现实上是在一条相对于时空的直线上活动, 但因为时空自己是弯曲的, 所以这条直线在外人看来就酿成了一条曲线 。 这样, 就不会有任何直接的力感化在棒球上 。
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棒球原本活动的轨迹就应该是这样的, 只是因为时空扭曲 。 固然这一切听起来很奇异, 让人难以置信, 可是爱因斯坦的《广义相对论》论一百多年来一向是本家儿流科学, 而且被无数的尝试验证过的 。
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图:爱丁顿发现星系光线偏转证实了《广义相对论》
原则上, 所有物体城市扭曲时空 。 然而, 像房子和树这样的小质量物体却能将扭曲的时空到水平很是小, 以至于我们察觉不到它们的影响 。 大质量的物体, 如行星、卫星或恒星, 才能使引力效应变得较着 。
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图:除了光子, 组成物质的其他粒子也会发生引力波, 固然极其细小
一个物体的质量越大, 它扭曲时空的水平就越大, 它对其他物体的引力效应也就越强 。 例如, 黑洞的质量很是大, 体积却很是小, 连光都无法逃逸 。 在黑洞的视界内, 时空极致的扭曲, 以至于光的所有路径最终都只能进入黑洞的更深处 。
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地球的引力波
因为时空的扭曲是由质量引起的, 所以扭曲是随质量一路活动的 。 例如, 地球将四周的时空扭曲当作一个标的目的内缩短的外形(为了理解, 粗略的比方) 。 本地球绕太阳公转一圈时, 这种时空曲率模子也会跟着地球活动 。
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一个相对于太阳静止的不雅测者, 在接近地球轨道的一点上, 可以看到地球在一年的周期中, 离太阳越来越近, 越来越远, 越来越近, 越来越远 。
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是以, 对于这名不雅测者来说地球的时空曲率模子也在一年的周期中越来越近, 越来越远, 越来越近, 越来越远 。 若是不雅察者可以监测到时空的曲率, 那么他会发现本身的局部时空在一年的周期中被挤压, 然后不被挤压, 再被挤压, 再不被挤压 。 是以, 不雅测者正履历一种时空曲率的振荡, 这就是一种引力波, 它正从地球标的目的别传播 。
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