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2016-08-26 04:37:49金仲輝
中學(xué)生數(shù)理化·八年級(jí)物理人教版 2016年5期
金仲輝
中學(xué)生張華問(wèn)：“近日?qǐng)?bào)載美國(guó)科學(xué)家第一次直接探測(cè)到引力波的存在，何謂引力波，它的發(fā)現(xiàn)有什么意義？”
我們先來(lái)了解電磁波是如何產(chǎn)生的，一個(gè)靜止的電荷在其周?chē)臻g產(chǎn)生了一個(gè)電場(chǎng)，當(dāng)這個(gè)電荷做加速運(yùn)動(dòng)，它就在空間產(chǎn)生了變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，這種變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)會(huì)在空間傳播出去。即形成所謂的電磁波，與電場(chǎng)類(lèi)似。一個(gè)物體在其周?chē)臻g會(huì)產(chǎn)生一個(gè)引力場(chǎng)。這個(gè)引力場(chǎng)對(duì)另一個(gè)物體產(chǎn)生力，這就是著名的萬(wàn)有引力，愛(ài)因斯坦在1916年提出的廣義相對(duì)論預(yù)言，一個(gè)物體做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在空間產(chǎn)生類(lèi)似電磁波的引力波，它攜帶著一定的能量。且以光的速度傳播。
因?yàn)橐话阄矬w加速運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的引力波是極其微弱的，所以無(wú)法用人工實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)引力波存在，宇宙中一些天體的質(zhì)量十分巨大，它們的加速運(yùn)動(dòng)就有可能產(chǎn)生大強(qiáng)度的引力波，但這些天體距地球十分遙遠(yuǎn)，所以檢測(cè)到引力波并非易事，1968年，一位名為韋伯的物理學(xué)家曾設(shè)計(jì)制作了一種引力波天線(xiàn)，并聲稱(chēng)在近三個(gè)月的觀察中曾兩次接收到引力波信號(hào)，然而其他各國(guó)的實(shí)驗(yàn)小組都沒(méi)有重復(fù)觀測(cè)到韋伯的結(jié)果，因而他的發(fā)現(xiàn)沒(méi)有得到公認(rèn)，物理學(xué)家泰勒等人利用巨大的天線(xiàn)裝置，對(duì)一個(gè)雙致密星和它的一顆伴星之間的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了四年多的監(jiān)視性觀測(cè)，1978年，他們確認(rèn)了這顆雙星的公轉(zhuǎn)周期在穩(wěn)定地變短，這是由于它們產(chǎn)生出引力波使雙星的能量有所減少造成的，這個(gè)觀測(cè)結(jié)果間接證實(shí)了引力波的存在，為此美國(guó)物理學(xué)家泰勒和赫爾斯獲得1993年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
2016年2月11日美國(guó)科學(xué)家在華盛頓的記者招待會(huì)上宣布，2015年9月14日北京時(shí)間17時(shí)50分45秒。位于利文斯頓和漢福德的兩臺(tái)大型激光干涉引力探測(cè)器幾乎同時(shí)觀察到由兩個(gè)黑洞碰撞合并產(chǎn)生的引力波信號(hào)，持續(xù)時(shí)間不到1s，據(jù)研究人員估計(jì)。這兩個(gè)黑洞的質(zhì)量分別約為36個(gè)和29個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，合并后的總質(zhì)量為62個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的能量以引力波的形式在不到1s的時(shí)間內(nèi)釋放，它經(jīng)過(guò)約13億年的時(shí)間才傳播至地球，瞬間釋放出的引力波能量雖然十分巨大，但經(jīng)過(guò)了13億光年傳播到地球，已十分微弱，需要極為靈敏的探測(cè)器來(lái)探測(cè)。
直接探測(cè)到引力波的存在。它的意義不僅僅在于證實(shí)了100年前愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論中引力波的預(yù)言，而且它提供了一種全新的方法來(lái)了解宇宙的起源和運(yùn)行機(jī)制，今后我們觀察宇宙不僅可以利用電磁波，還可以利用引力波，我國(guó)以中山大學(xué)為核心的科研機(jī)構(gòu)在2015年7月啟動(dòng)了探測(cè)引力波的“天琴計(jì)劃”。
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