引力波是什么样的波?

2023-01-26
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它们是度量域中的涟漪,度量域决定了附近点之间的距离。

它们是四极波,这意味着它们具有两种独立的空间扭曲模式,称为 + 和 x 模式。

以下是它们如何扭曲一圈珠子,使其与该显示器的平面成直角通过:科学家们首先对测量它们感兴趣,只是为了确认它们的存在。

甚至牛顿引力也曾预测过它们,爱因斯坦在 1916 年首先错误地预测了无穷小波,然后在 1918 年正确地预测了无穷小波。

然后在 1936 年寻找有限公式时,他再次得出结论,它们不存在;然后,在霍华德·珀西·罗伯逊的一点点刺激下,他再次正确地断定它们确实存在。

在 PSR 1913+16 成为第一个被发现的双脉冲星之前,没有引力波的经验证据。

1974 年,它被马萨诸塞大学阿默斯特分校的 Russell Alan Hulse 和 Joseph Hooton Taylor, Jr. 发现。

他们对该系统的发现和分析为他们赢得了 1993 年诺贝尔物理学奖,“因为发现了一种新型脉冲星,这一发现为引力研究开辟了新的可能性。

”使用 Arecibo 305m 天线,Hulse 和 Taylor 检测到脉冲无线电发射,从而确定源为脉冲星,一种快速旋转、高度磁化的中子星。

中子星每秒绕轴旋转17次;因此脉冲周期为 59 毫秒。

脉冲星和它的中子星伴星都遵循围绕它们共同质心的椭圆轨道。

轨道运动的周期为 7.75 小时,据信两颗中子星的质量几乎相等,约为 1.4 个太阳质量。

仅从两颗中子星中的一颗检测到无线电发射。

自双星系统最初被发现以来,轨道已经衰减,这与爱因斯坦广义相对论预测的引力波导致的能量损失完全一致。

观察到的轨道衰变率与预测的轨道衰变率之比为 0.997±0.002。

该系统目前发出的引力辐射(波)总功率经计算为7.35×1024瓦。

相比之下,这是我们太阳辐射光能的 1.9%。

(另一个比较是我们自己的太阳系在引力波中仅辐射大约 5000 瓦,这是由于距离和轨道时间要大得多,特别是在太阳和木星之间)。

由于引力辐射造成较大的能量损失,轨道周期的减少率为每年76.5微秒,半长轴的减少率为每年3.5米,计算得出的最终吸气寿命为3亿年。

多年来,脉冲星的周期测量精度很高。

广义相对论告诉我们,双星系统会以引力波的形式发射能量,最终这两个物体会相互吸气并合并。

随着系统朝着合并的方向发展,轨道周期将逐渐缩短。

显示 PSR 1913+16 近星点时间累积偏移的图表。

这表明随着两颗恒星一起旋转,轨道周期会缩短。

该图(来自 Weisberg 和 Taylor (2004))显示了 PSR 1913+16 近星点时间的累积变化。

这表明随着两颗恒星一起旋转,轨道周期会缩短。

虽然30年来测得的偏移只有40秒,但测得非常准确,与爱因斯坦广义相对论的预测完全吻合。

该观测被认为是引力波存在的间接证据。

事实上,Hulse-Tayor 脉冲星被认为非常重要,以至于它的发现者在 1993 年因其工作而获得了诺贝尔奖。

测量它们的重要性在于,通过在远程站点进行测量并协调对引力波的观测,您可以有效地构建引力望远镜。

这将引起极大的兴趣,因为宇宙在大爆炸后大约 380,000 年之前对光是不透明的,因此可见光望远镜无法在更早的时候看到任何东西。

但是宇宙对引力波仍然是相对透明的,所以我们也许可以利用引力波看到早期宇宙的一些东西。

该计划是在太空中建造一个更大、分辨率更高的 LIGO 版本。

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小草

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