几个世纪以来,引力的速度不断困扰着科学家们。第一个复杂的引力理论由艾萨克·牛顿提出,并于1687初次颁发。按照牛顿的说法,引力以无限的速度在宇宙中无处不在。然而,牛顿的引力理论并非最新和最胜利的引力理论。

1915 年,阿尔伯特·爱因斯坦颁发了他的广义相对论,该理论将引力解释为空间和时间的弯曲。在他的理论中,那些弯曲能够改动恒星和行星等物体的外形,当然也能够改动空间自己。然后,那些不竭变革的弯曲将通过一种称为“引力波”的现象在宇宙中传布。爱因斯坦说,引力波的速度与光速不异。

那么,关于引力速度的理论,爱因斯坦仍是牛顿是对的?物理学是一门经历科学,答复那个问题需要丈量。那么若何丈量引力的速度呢?起首最重要的是,我们需要可以探测到引力波。

引力波会改动物体的大小。例如,若是引力波颠末你,它们会改动你的高度和宽度:你的高度会先缩小,宽度会先增加;然后高度会增加,宽度会缩小。当引力波颠末你时,那个轮回会发作几次。那是我们探测引力波的根本设法。

引力的速度  第1张

爱因斯坦早在1916年就预测了它们的存在,但科学家们花了一个世纪的时间才设想出一种可靠的办法,然后开发出实现它的手艺。固然引力波是在任何有量量物体周期性振荡时产生的,但大大都引力波都小得离谱。获得大引力波的独一已知办法是以振荡体例快速挪动体积较小而且量量到达恒星级此外物体。

那对我们来说很难在尝试室中实现,然而宇宙中充满了恒星系统,而且许多恒星系统是由两颗恒星构成。一些超等古老的恒星已经灭亡酿成黑洞,可能有两个黑洞彼此环绕。最轻的黑洞的量量大约是太阳的三倍,曲径大约为几十公里。它们契合又重又小的前提,而且两个黑洞能够相互十分接近,此时它们以相当小的光速挪动并具有极大的加速度,因而它们会释放出相当大的引力辐射。

然而,黑洞离地球很远。即便它们发出大量引力辐射,当辐射抵达地球时,也只会使长度和宽度发作细小的扭曲。那意味着我们需要一个极其切确的检测设备才气探测到引力波。因而,早在1990年代,研究人员就起头建造所谓的 LIGO。

LIGO是激光干预引力波天文台的简称。每个设备由两根管构成,两根管子的标的目的呈“L”形,每根管子4公里。 简单来说,激光通过火束器照射到反射镜上,然后反射回检测器。利用一些十分切确的光学器件和屡次反射,LIGO能够丈量小至量子长度的千分之一的变革。

引力的速度  第2张

2015年,研究人员初次不雅测到引力波,那是在大约13亿光年外两个快速绕轨运行的黑洞彼此碰碰时产生的。可以探测到引力辐射十分重要,但它其实不能告诉我们引力的速度有多快。为了丈量引力速度,抱负情况下我们要晓得黑洞碰碰确实切时间,但因为碰碰的黑洞是看不见的,所以那很难做到。

然而,宇宙再次帮忙了我们。固然碰碰黑洞能够产生大引力波,但那不是独一的体例,我们需要的只是恒星量量而且相互接近的物体。黑洞是完美的,但当恒星灭亡时,并非所有的恒星城市构成黑洞,有一些还会构成中子星。中子星的量量小于黑洞,但它们仍然能够阐扬感化。

若是两颗中子星可以在一个十分慎密的轨道上彼此绕转然后碰在一路,我们不只能够探测到引力波,还能用千里镜看到十分亮堂的闪光。在2017年的一天,地球的引力波探测器检测到引力波的通过。大约2秒后,轨道千里镜检测到来自深空的伽马辐射的短暂脉冲。颠末一番阐发,引力波和伽马射线来自统一事务——中子星碰碰,间隔我们大约1.44 亿光年。

引力的速度  第3张

从那个同时产生光波和引力波的事务,我们能够十分切确地掌握引力速度。它们都游览了1.44亿年,而且两个脉冲在相互相隔2秒内抵达。由此,我们能够以极小的不确定性说引力以光速运动。

如今,我们想晓得为什么光会延迟引力两秒之后抵达?谜底很简单,引力辐射不断在发出,但当大量量物体挪动得最快时,引力波是更大的,那发作在中子星碰碰之前。之后才发作碰碰,并发出光。

利用所谓的多信使天文学,研究人员未来自差别类型探测器的信息连系起来,我们如今能够十分切确地丈量引力速度。爱因斯坦在20世纪初的料想是准确的。

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来源:万象经历

编纂:冬眠喜好者