關於重力波

2016 年 02 月 20 日 § 發表留言

1. 重力會扭曲時空

這點其實已經很明顯,一點也不科幻:在重力的扭曲之下,空間被扭曲拉長,時間變慢。或者說,因為光線在重力下走得路線變彎變長,在光速是恆定的前提之下,速度等於時間除與空間,所以被扭曲拉長的空間下,時間也會變大(慢)。

為什麼說很明顯不科幻了呢?因為在地球外面滿天飛的人造衛星上,重力比在地表上小,時鐘走得比較快已是不爭的事實。

順便可以解釋一下為什麼<<星際效應>>裡頭,當三個人從距地星球表面返回太空艙的時候,留守的那個已經變老頭了。

那麼為什麼直接能觀測到重力波還是令人興奮呢?下面解釋。

 

2. 重力波的產生

質量產生重力,質量在空間中的加速運動產生重力的變化,形成重力波。

質量越大,加速越快,重力的變化就愈強烈。

這次的重力波來自十幾億光年外,兩個重量是太陽幾十倍的黑洞互相旋轉,越轉越近、越轉越快、加速度越來越大,大到兩個黑洞終於抱在一起轉的時候,所產生的。

這個呢,小朋友玩過兩個人彼此拉著手轉圈圈最能體會了。

 

3. 重力波證明重力的傳遞也是以有限的速度前進。

如果依造牛頓理論,重力的影響是瞬間的,是無限快的,那麼就不會有重力波的存在。

依造廣義相對論,這世上最快的就是電磁波就是光,連重力也是。沒有更快的東西了,任何你想像的到的,都,沒,有。

 

4. 重力波的對地球時空的扭曲影響幅度很微小。

所以當重力波穿越的時候我們不會覺得時空扭曲,但是LIGO會。

因為它的兩條四公里長的電磁波行徑路線,能偵測到彼此“十的負十八次方公尺”的變化。

 

5. 重力波可以穿越任何時空物體。

電磁波或是光線不行。

在大爆炸一開始,所有的光與電磁波都消失了。

現今世上可以觀察到的最古老的電磁波,也就是宇宙背景輻射,誕生於宇宙誕生後三十八萬年,在那之前,宇宙是一片電漿,所有的光與電磁波都無法穿越。直到三十八萬年之後宇宙溫度下降,質子與電子形成中性的氫原子,也就是再復合時期(recombination)。

但是重力波理論上不會被電漿擋住,所以,重力波的觀察理論上可以看到宇宙大爆炸的初始狀態,也就是,這個世界時間的邊界。

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