引力波介绍与探究课件.ppt

1、广义相对论，那就是：时空命令物质如何运动，而物质引导时空如何弯曲。当物质的分布改变时，时空也会相应变化，这一变化以光速传播开去，就好像在平静的湖面上丢下一粒小石子，湖面就会有一圈波浪向外荡去，时空也会将涟漪向外传开，这便是引力波了引力波最早的提出者：爱因斯坦引力波-“时空的涟漪”1.1.空间三维空间三维+时间一维，这样时空就是四维。时间一维，这样时空就是四维。时空就是时间加空间，是一个整体。比如：你就处在一个时空里。因为，此时此刻（时间），你一定在某个地方（空间）同样，人们的宇宙也是时间加空间，所以宇宙就是四维时空。2：时空告诉物质如何运动；：时空告诉物质如何运动；物质告诉时物质告诉时空如何弯

2、曲空如何弯曲物质（有质量的东西，可能是能量，因为能量也有质量）如何在它的时空里运动，取决于它所处的时空性质。另一方面，只要有物质存在的时空，就会弯曲。弯曲程度、怎么弯曲，取决于它肚子里的物质质量大小以及分布。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。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。引力波实

3、在是很“懒”，很少与物质发生任何作用。假设一列引力波以平面波形式传播，在真空的宇宙空间中，它不会有任何衰减，永远传递下去。但如果存在物质，就会与引力波相互作用并吸收一部分引力波携带的能量。引力波探测的难度引力波探测的难度假设迎面走来一串引力波，你会变高变瘦，接下来变矮变胖，再变高变瘦 当然，想靠引力波改变体型是不可能了，除非你就站在引力波波源附近（友情提醒：黑洞有100种方法让你在它旁边活不下去，如果你想试试，黑洞是不介意陪你玩玩的），否则引力波只会把你的身高拉高（然后压扁）那么一点点大概就是一个氢原子的100亿分之一吧。引力波探测的难度引力波探测的难度理论研究表明，引力波是横波，以光速传播。

4、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。由两个黑洞产生的引力波的3D示意图。图片来源：Henze,NASA 引力波的测量困难得异乎寻常，这并不是说引力波的源释放的能量微弱。恰恰相反，像上述的致密双星并合过程，应该说是宇宙中最为剧烈的事件之一它所释放的能量，远远超出太阳一生释放能量的总和，而这么大的能量往往集中在最后的一秒之内爆发，所以在那一刻，整个宇宙中所有别的天体释放功率的总和都及不上它。幸运的是，

5、它几乎不和物质相互作用，这就意味着来自核心区域的信息可以畅通无阻地冲出来，传播到遥远的宇宙空间去。不幸的则是，它几乎不和物质相互作用，也意味着哪怕引力波携带着巨大的能量从探测器经过，也很难留下任何蛛丝马迹。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。引力波人工源引力波人工源爱因斯坦在爱因斯坦在19161916年年提出了一个旋转棒提出了一个旋转棒的方案：的方案：用一根二用一根二十米长、五百吨重的十米长、五百吨重的钢棒，以非常快的速钢棒，以非常快的速度绕棒的中心旋转，度绕棒的中心旋转，就能产生引力子来。就能产生引力子来。不过，要使这样的庞然大物飞速旋转，

6、实在太困不过，要使这样的庞然大物飞速旋转，实在太困难了，即使旋转了，从目前的技术水平来讲，人难了，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，因为用这种方法产生的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。引力子是非常微弱的。韦伯棒韦伯棒上世纪60年代，美国马里兰大学的约瑟夫韦伯（Joseph Weber）建造了一个直径一米、长度两米的铝制圆柱体。当引力波经过圆柱体时，引力波会迫使圆柱在不同方向上不断地拉伸和压缩。激光干涉激光干涉美国加州理工的著名引力学家基普索恩（Kip S.Thorne）关注到了这个新方法于是，在上世纪 90 年代，由加州理工和麻省理工合作主

7、导的两个激光干涉引力波观测台（LIGO）正式开工建设。LIGO观测到了什么？观测到了什么？在2015年9月14日格林尼治标准时间9点50分45秒，LIGO位于美国利文斯顿与汉福德的两台探测器同时观测到了GW150914信号。GW150914是一个36倍太阳质量的黑洞和一个29倍太阳质量黑洞并合事件，在并合后产生了一个62倍太阳质量的黑洞。发生于距离我们十几亿光年以外。也就是说LIGO探测器真实地探测到了很久很久以前，一个很远很远的星系发生的一件惊天动地的大事！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。谢谢观看！2020