既平常又神秘的万有引力（4）

	既平常又神秘的万有引力（4）
	林烈
	2015-06-25
中文摘要	在前一期中，介绍了相对论和GPS的关系，这一期里，我们就来说说科学家寻找引力波的故事。爱因斯坦未竟的宇宙交响乐相对论所做出的一些预言，有的已经得到了证实，有的至今还没有答案。下面我们就来说说关于寻找引力波的故事。什么是引力波呢？引力波是指在一个具有质量、并且运动着的物体周围存在着的一种时空波动。这是爱因斯坦根据广义相对论的原理做出的一个预言。我们不妨把引力波比喻成一部有关宇宙的交响乐章。图1 引力波是一种时空本身的波动大家知道，爱因斯坦是二十世纪最伟大的科学家之一，他也是一位音乐爱好者，一生醉心于欧洲的古典音乐，特别喜欢巴赫及莫扎特的作品。他学习过小提琴及钢琴等乐器，演奏技术也相当娴熟。在他的一生中，那把小提琴一直陪伴着他，每当闲暇的时候，他就会拿出来拉上一曲，放松一下自己。据说，有一次为了给某个人道组织募款，他还举办过个人音乐会。这里，我们不是要讲述爱因斯坦的音乐素养或者探寻他曾经谱写过什么有关宇宙的交响乐章，我们要讨论的是，广义相对论中有关引力波的这首宇宙交响乐，以及一些科学家为了“聆听”这首宇宙交响乐所做出的种种努力。这里为什么要把引力波比喻成交响乐呢？因为，这种引力波的频率有一部分正好处在声波的范围之内，如果我们能捕捉到来自宇宙深处的引力波信号，那它一定是一首美妙绝伦的天外交响乐。这样美好的乐曲，就如杜甫在《赠花卿》诗里所描述的：“此曲只应天上有，人间能得几回闻！”遗憾的是，几十年来，不少科学家为了捕获心目中的这部神圣乐章，历尽了无数艰难坎坷，消耗了人生的美好岁月，却始终未能听到这种梦寐以求的天籁之音。下面我们来看看，科学家们为了能“欣赏”到爱因斯坦的这首宇宙交响乐，在寻找它的这条崎岖道路上，所付出的汗水和心血。图2 正在演奏小提琴的爱因斯坦广义相对论将引力的作用转化为时空的变化，即物质及能量的存在决定了时空的形状。爱因斯坦本人早就预言，根据广义相对论，宇宙中应该存在着引力波。这种引力波，不同于声波、电磁波等其他类型的波，它是时空本身的一种波动。引力波属于横波，在它的传播途径上，时空会瞬间被压缩或拉伸，但这个幅度非常小。科学家估计，如果有两个距离地球几万光年的黑洞，当他们发生碰撞时产生的引力波信号到达地球时，仅能使一米长的物体产生10^－¹⁸米的变形
内容类型	科普文章
源URL	[http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/52697]
专题	力学研究所_力学园地
推荐引用方式 GB/T 7714	林烈. 既平常又神秘的万有引力（4）. 2015.