引力波是什么？
操作方法
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《泰坦尼克号》中杰克和露丝之所以会互相吸引，除了因为爱，还因为质量。在爱因斯坦的描述中，有质量的物体会使它周围的时空发生扭曲，物体的质量越大，时空就扭曲得越厉害。如果你将时空看成一张大橡胶膜，然后往上面放一个露丝，那么她的质量就会把橡胶膜往下压，在旁近放一个杰克，可以看到，露丝球和杰克球分别造成的时空弯曲，让他们俩逐渐滚向了对方并最终亲密接触。这种变化以波的形式向外传播，用听起来很厉害的说法讲，就是“引力波”，换文艺点的说法讲，就是“时空的涟漪”。
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引力波来自距离我们13亿光年处的两个黑洞的合并。这两个黑洞的直径都不大，不超过150千米。最令人感兴趣的是，探测引力波有助于我们追溯宇宙更早期的历史。在大爆炸之后，宇宙曾经历过一段“黑暗时期”，时间延续大约38万年。那时，宇宙中的物质还没冷却到可以发射和传播电磁波，所以整个宇宙漆黑一片。对于宇宙的这段历史，天文学家只有理论上的一些模糊猜测。但从理论上说，从大爆炸那一刻起，宇宙中就已弥漫着作为背景的引力波，而且引力波几乎不与物质发生作用，穿透能力很强，所以未来如果我们探测到这些背景引力波，或许就能窥探到宇宙更早期的历史，然后回答诸如“宇宙有没有发生过爆炸”等问题。
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引力波其实就是时空本身的一种波动。空间的波动是不难理解的，无非就是长度的伸缩而已。根据广义相对论，引力场的强度会影响时钟的快慢。两个校对好的时钟，一个拿到引力弱的地方，另一个拿到引力强的地方，最终你会发现，后者走得比前者慢。这就是引力的时间膨胀效应。而引力波所过之处会引起引力场的变化，那么自然，它也会引起时间的“波动”。
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波的传播需要速度，引力波也不例外。根据广义相对论，引力波的传播速度是光速。但这仅仅是一个理论上的假设，因为只有这样假设时，广义相对论才最简洁。不过在得到实验验证之前，当然也不排除小于光速的可能。但要它比光速快，这是绝对不可能的。因为相对论的一个前提假设是：光速是物质运动和作用力传递的极限。而引力波又是由广义相对论预言的。
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引力波的发现，是不是让我们离时间旅行的梦想更近了？谨慎地讲，引力波跟时间旅行八竿子打不着。因为时间旅行需要超光速，只有发现超光速的东西，才能谈得上时间旅行，而在上面的问答中，我们已经讲到，引力波的速度无论如何不会超过光速。但引力波的发现，未来或许可以让科学家更深入地研究时空关系，从这个意义上未尝不可以说，这个发现让我们离实现或打破时间来旅行的梦想更近了。
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我们探测到引力波是如此微弱，再说引力波和声波又是性质截然不同的两种波，所以人的耳朵当然是听不到引力波的。但在实际探测的时候，通过电子仪器，引力波已经转化成了电信号，而把电信号放大之后转化成声音信号又是很容易的，这样一来，人的耳朵就能“听到”引力波了。
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引力波是弥漫空间的波动，当它“击中”美国的引力波探测器时，也同时会“击中”每个地球人。如果把引力波的传播方向设置为三维坐标的Z轴，当引力波“击中”你时，在垂直于该坐标轴的X方向上，你的身体会轻微地拉长，在Y方向上，你的身体会轻微的收缩。然后，反过来，在X方向上收缩，在Ｙ方向上拉长；这样来回振荡，直至引力波消失。不过，事实上，哪怕你的身体尺寸有几千米高，变化幅度也不超过一个原子核的尺寸，所以你是觉察不到这个变化的。
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前面我们提到，需要质量非常大的物体在急剧加速或减速时，地球人才能探测到诸如这次那么微弱的引力波。这种情况据科学家目前所知，仅当两个中子星或者黑洞合并的过程中才会发生。而中子星或黑洞上存在外星人，当然是不可设想的。此外，如果外星人真的能用引力波来搜寻我们，那说明它们的文明程度已经远远高于我们了。在这种情况下，正如霍金以前所建议的，我们还是不要回复的好，以免“引狼入室”。
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引力波可以被用作窥探宇宙深处的工具。由于有几乎不衰减的特性，它能帮我们洞悉整个宇宙的源头。不是某种生物，某颗行星或者某个星系的起源，而是整个宇宙的起源。引力波的存在一经证实，我们将以前所未有的方式看到塑造宇宙的力量。而一旦寻找到合适的引力波，人们将能够为大爆炸理论和宇宙膨胀理论找到有利的证据。
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- 发表于 2017-10-16 00:00
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- 分类：科学教育
