宇宙电影之声引力波.ppt
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1、,宇宙电影之声 引力波,如果宇宙是一部电影,那么引力波就是电影的声音。爱因斯坦认为,人类生活在一个充满了引力波的宇宙之中,恒星的爆炸,黑洞的碰撞以及其它强烈的宇宙事件制造了引力波,从而可能改变时间和空间。然而,迄今为止,人类还没有确定的探测到这些引力波,人们都还在努力探寻中,预言引力波,预言引力波从经典力学到相对论,牛顿结合了哥白尼,开普勒,伽利略的理论提出了万有引力定律,解决了许多他那个时期的难题,包括潮汐产生的原因,地球和月亮的运动,以及彗星的轨道问题。虽然牛顿的理论解释了什么是引力,但是,在随后的300年中,引力产生的原因仍然是个谜。随着科学家们发展出更好的天文学工具,他们发现他们的观察
2、结果跟牛顿理论预言的有些微的差别。比如说,牛顿理论对于水星运行轨道的预测与实际观察的结果稍微有些不同。此外,牛顿的理论也不能对如下问题作出一个令人满意的解释:如果太阳突然消失,将会发生什么事?,根据牛顿的理论,整个宇宙都会立刻觉察到太阳的消失。这就意味着所有环绕太阳的行星都会沿切线方向飞离环绕轨道。可是,爱因斯坦以详细的理由说明离太阳越远的行星会越迟知道太阳消失了,所以较近的行星会先飞离轨道。19 世纪末期,大多数科学家都认同于当时对于宇宙的描述。实际上,他们中大部分认为物理学的研究已经相当完善,所剩下的也只是将一些细枝末节了解清楚即可。,但问题是许多所谓的细枝末节都是些不能用当时的理论给予解
3、释的观测或实验结果。其中之一就是实验中对光速的测量结果总是在每秒 30 万公里(也就是时速 18.6 万英里)。因此,科学家们认为,因为地球是在围绕太阳运行,如果我们沿不同方向测量光的速度,将得到不同的结果。1895 年,阿尔伯特迈克尔逊和爱德华莫雷进行了这个实验,并且出乎意料地末能发现光在不同方向的传播速度有任何的差异。,爱因斯坦在 1905 年解释了这个现象,他认为不同于车的速度,光的速度是恒定的,不会随观察者的移动而变化。爱因斯坦的狭义相对论中第一条定律就是光速是恒定的,完全不依赖于观测者及光源的速度。在接下来的几年,爱因斯坦继续研究狭义相对论的细节。这时,他开始考虑怎样将牛顿的引力理论
4、溶入到新理论中。 爱因斯坦认识到在地球上自由下落的人就像太空中的宇航员一样感觉不到地心引力的作用。他也认识到在恒定加速上升的火箭中,人将感受到和坐在地球上的人相同的引力作用。,爱因斯坦认识到既然两种力是相同的,物理学法则在两种情况下也都是适用的,这需要修改对于引力的定义。 爱因斯坦认为引力并不是牛顿所想的那样。他认为物体之所以会互相吸引是因为重的物体扭曲了时空,其它物体则选择了扭曲时空中的最短路径。,爱因斯坦的广义相对论的基本假定是地球上的物体感受到的地心引力和远离大质量物体、恒定加速的物体所感受到的力是完全相同的。,时空被大质量物体扭曲,爱因斯坦通过数学方法发现时空结构是弹性的,就像蹦床。想
5、像在蹦床中心放一个保龄球。球的重量将使蹦床中部下陷。而蹦床边缘的轻物体,比如网球,将沿着曲面移向保龄球 - 就像行星围绕着太阳运行。蹦床的下陷描绘了大质量物体如何扭曲时空。网球的移动路径说明了物体在扭曲时空沿最短路径移动。牛顿认为地心引力是两个物体间的神秘作用力,而爱因斯坦认为它反映的是时空的扭曲 。 蹦床的下陷描绘了大质量物体如何扭曲时空。网球的移动路径说明了物体在扭曲时空沿最短路径移动。牛顿认为地心引力是两个物体间的神秘作用力,而爱因斯坦认为它反映的是时空的扭曲 。,广义相对论的预言之一是光线经过大质量物体时会弯曲。大质量物体会扭曲它们周围的时空,以至任何物质,即便是光,在穿越时空时也将按
6、弯曲的路线行进。1919 年,阿瑟艾丁顿通过在日全食时测量太阳边缘处的星光对这个预言进行了验证。他的结果完美地符合了爱因斯坦的预言。这也是对爱因斯坦理论的第一个实验上的证实,并使他在科学界和公众中迅速成名。,什么是引力波?,为了了解什么是引力波,我们回到前面的问题: 如果太阳突然消失,将会发生什么事? 根据广义相对论,行星之所以环绕太阳是因为它们沿弯曲时空的最短路线行走。如果太阳突然消失,它周围的时空会发生改变。依据爱因斯坦的理论,在水星附近的时空会比在冥王星附近的时空先发生改变,所以水星会先飞出轨道。这些时空的改变以引力波的形式传递。,把引力波想象成投入池塘中的石头引起的水波可能会帮助理解。
7、当石头投入水面时,在石头周围的水就立刻被扰动,并且扰动会从那里传播到其他地方。相似的,大质量物体的质量或者速度的突然改变会扰动周围的时空,然后这些扰动会用引力波的形式传播出去。,引力波的艺术想象画,定义: 引力波(Gravitational wave),台湾学界称为重力波,英文中有时也写作 gravity wave;但更多场合中,gravity wave是留给地球科学与流体力学中另一种性质迥异的波动。关于万有引力的本质是什么,牛顿认为是一种即时超距作用,不需要传递的“信使”。爱因斯坦则认为是一种跟电磁波一样的波动,称为引力波。,引力波想象图,引力波源,当时空结构的曲率发生变化的时候就会产生引力
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