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引力波能改變什麼

生活 更新时间:2025-01-24 21:04:41

引力波能改變什麼(引力波能強大到足以讓人感覺到嗎)1

關于人類能不能感受到引力波的問題,可以先來簡單了解一下當初激光幹涉引力波天文台(LIGO)是如何探測到引力波的。

根據愛因斯坦的廣義相對論,任何有質量的物體在時空中加速運動都會引發時空曲率發生變化,從而輻射出引力波。引力波在穿過物體時,就會對物體産生壓縮和拉伸效應。

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LIGO設計了兩條互相垂直并且長度都為4公裡的幹涉臂。當引力波通過兩條幹涉臂時,其中一條會被壓縮變短,另一條則會被拉伸變長。如果一束激光由分光器分為兩束,它們各自沿着其中一條幹涉臂運動,并且被幹涉臂另一端的反射器反射出來,然後它們再次相遇。由于引力波穿過,兩條幹涉臂的長度變得不一樣,所以兩束在不同時刻抵達接收器的激光就會産生幹涉條紋,這樣就能探測到引力波。

LIGO首次探測到的引力波(GW150914)來自兩個恒星級黑洞的合并,該過程在20毫秒的時間内釋放出高達三倍太陽質量的能量,即5.4×10^47焦耳,這相當于太陽在45萬億年裡通過氫核聚變反應所釋放出的能量(太陽的壽命大約隻有100億年),其功率甚至還超過了可觀測宇宙中所有恒星的總輻射功率,所以這是一種極端的能量釋放。不過,由于引力波源遠在13億光年之外,其能量會随着距離的平方而大幅衰減,所以到達地球時隻有一小部分能量。當該引力波穿過LIGO時,幹涉臂的長度變化隻有質子直徑的千分之一,即100億億分之一米。

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不過,引力波導緻物體尺寸發生變化的幅度并非取決于引力波能量,而是引力波的振幅。引力波的振幅會随着距離的增加而減小,它遵循的是距離反比關系(距離足夠近會變為非線性),而非距離平方反比關系。

舉個例子,如果距離縮短一半,變為6.5億光年,引力波導緻的尺寸變化也隻有50億億分之一米。即便距離變為原來的十億分之一,即1.3光年,引力波也隻會使物體的尺寸變化100億分之一米,即0.1納米,人類不可能會感受到這樣微弱的變化。

為了使人類能夠感受到引力波,就必須足夠靠近引力波源。産生GW150914引力波的是兩個質量都是太陽三十幾倍的恒星級黑洞,它們的視界直徑大約為200公裡,合并之後的那個黑洞直徑約為365公裡。理論上,隻有足夠靠近它們,人類才能感受到引力波,但在感受到之前,早就會被這種恒星級黑洞的強大潮汐力所撕碎。

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​為了安全起見,可以假設距離為1萬公裡,在這樣的距離上,人類會感受到大約1毫米的尺寸變化,很難說這會對人體造成什麼影響。事實上,在這樣的距離上就要開始擔心黑洞的極端引力作用。

總之,雖然引力波攜帶了巨大的能量,但它們與物質之間的相互作用其實非常微弱,人類很難直接感受到引力波造成的尺寸變化效應。

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