引力波介绍及探究.ppt

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1、 研究员：廖平研究员：廖平 田万胜田万胜 尚俊霖尚俊霖引力波的概念引力波的概念 爱因斯坦广义相对论所描述的引力，是时空曲率所产生的一种现象。质量可以导致这种曲率。当物质在时空中运动时，附近的曲率就会随之改变。大质量物体运动时所产生的曲率变化会以光速像波一样向外传播。这一传播现象就是引力波引力波的产生引力波的产生 任何具有质量的物体，或是剧烈的加速过程都会产生引力波。人们熟知的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。 根据牛顿的理论，整个宇宙都会立刻觉察到太根据牛顿的理论，整个宇宙都会立刻觉察到太阳的消失。这就意

2、味着所有环绕太阳的行星都阳的消失。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。会沿切线方向飞离环绕轨道。 阿尔伯特阿尔伯特爱因斯坦在爱因斯坦在 1905 1905 年解释了这个现象年解释了这个现象。爱因斯坦狭义相对论爱因斯坦决心重新审查万有引爱因斯坦决心重新审查万有引力理论，他在力理论，他在自述自述这篇文这篇文章中，写下了这样一句话：章中，写下了这样一句话：“牛牛顿啊，请原谅我顿啊，请原谅我” 老老牛啊，牛啊，请原谅我请原谅我 他认为物体之所以会互相吸引是因他认为物体之所以会互相吸引是因为为重的物体扭曲了时空，其它物体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。则选择

3、了扭曲时空中的最短路径。爱因斯坦的广义相对论： 爱因斯坦爱因斯坦通过数学通过数学方法发现方法发现时空结构时空结构是弹性的，是弹性的，就像蹦床。就像蹦床。爱因斯坦的解释： 信息能瞬时通过宇宙传播的这个思想被称信息能瞬时通过宇宙传播的这个思想被称为为超距作用超距作用。爱因斯坦和其他很多科学家。爱因斯坦和其他很多科学家都被超距作用所困扰，因为它意味着信息都被超距作用所困扰，因为它意味着信息可以传播得比光还快。可以传播得比光还快。 爱因斯坦在爱因斯坦在 1916 1916 年终于解决了超距作用这年终于解决了超距作用这个问题。他解释，重力不像牛顿说的那样个问题。他解释，重力不像牛顿说的那样是瞬时传播的，

4、它的传播需要时间。是瞬时传播的，它的传播需要时间。 爱因斯坦以详细的理由说明离太阳越远的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，所以较近的行星会越迟知道太阳消失了，所以较近的行星会先飞离轨道。行星会先飞离轨道。引力波的提出引力波的提出m麦克斯韦麦克斯韦 电磁场理论电磁场理论爱因斯坦爱因斯坦 引力场理论引力场理论电荷电荷电磁波电磁波电磁场电磁场光子光子引力场引力场引力波引力波物质物质引力子引力子引力波的探测引力波的探测 可能的引力波源可分为两大类 天体引力波源和实验室(人工)引力波源。 前者包括三类 连续源、爆炸源和随机源引力波探测的难度引力波探测的难度理论研究表明，引力波

5、是横波，以光速传播。由于它的高度非线性，它不具有像电磁波、机械波的反射、干涉、衍射等性质，也不满足叠加原理。它的作用截面非常小穿透能力非常强。它能穿越时空穿透地球。因此它能携带古老而遥远的信息，但它又是非常微弱的。因而探测引力波首先必须对引力波源进行分析。 引力波人工源引力波人工源 爱因斯坦在爱因斯坦在19161916年提出了一个旋年提出了一个旋转棒的方案：转棒的方案：用用一根二十米长、五百一根二十米长、五百吨重的钢棒，以非常吨重的钢棒，以非常快的速度绕棒的中心快的速度绕棒的中心旋转，就能产生引力旋转，就能产生引力子来。子来。 不过，要使这样的庞然大物飞速旋转，实不过，要使这样的庞然大物飞速旋

6、转，实在太困难了，即使旋转了，从目前的技术在太困难了，即使旋转了，从目前的技术水平来讲，人们还是找不到引力子的，因水平来讲，人们还是找不到引力子的，因为用这种方法产生的引力子是非常微弱的。为用这种方法产生的引力子是非常微弱的。引力波的波源引力波的波源 双星系统 引力辐射会使在旋近态中的双星损失动能，造成其轨道以很缓慢的速度发生衰减，两颗恒星逐渐接近。引力波的波源引力波的波源 宇宙大爆炸引力波的探测引力波的探测 原初引力波引力波的探测引力波的探测2014年3月17日，哈佛大学史密松天体物理中心的约翰科瓦奇（John Kovac）博士宣布，他所领导的射电天文学团队发现了来自宇宙暴涨时期的引力波存在

7、的证据。位于南极的位于南极的BICEP2望远镜望远镜为什么位于南极？为什么位于南极？ （1）大气层薄且干净的地方（地球自转把大气甩成了一个椭球了（想象一个胖子原地转圈圈），赤道最厚，两极最薄，南极有大陆海拔通常比北极高于是大气层更薄了） （2）干燥的地方，因为水吸收微波（用微波炉热过水么？），依然南极，水都冻上了。 （3）人烟稀少的地方，防止手机信号干扰，南极南极。引力波天文学引力波天文学 引力波天文学自20世纪中叶以来逐渐兴起，与传统的电磁波天文学不同的是，它通过测量引力波来研究各类相对论性天体及宇宙现象。引力波探测的意义引力波探测的意义 暴胀是基于量子力学而提出的，引力波却属于相对论的范畴。量子力学已经给我们带来了计算机、太阳能、原子能等大量的现代科技。相对论在许多方面对我们的日常生活同样意义重大，比如GPS全球定位系统，以及核电站。