引力波是怎么形成的
引力波是怎么形成的
引力波是愛因斯坦在廣義相對論中提出的，即物體加速運動時給宇宙時空帶來的擾動。以下就是學(xué)習(xí)啦小編給你做的整理，希望對你有用。
引力波的產(chǎn)生：
具有質(zhì)量的物體變動時，會產(chǎn)生“引力波”
愛因斯坦用愛因斯坦場方程闡述了時間、空間與萬有引力的關(guān)系。由方程可知，“物質(zhì)和能量的分布發(fā)生變化時，時空結(jié)構(gòu)也將改變”。具有質(zhì)量的物體運動時，物質(zhì)和能量的分布將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致時空結(jié)構(gòu)的變化。
愛因斯坦認(rèn)為，時空結(jié)構(gòu)的變化將以“波”的形式傳播，這就是“引力波”。
引力波使得空間縱橫交錯地收縮或擴張
物體的質(zhì)量和運動速度決定了引力波的大小。質(zhì)量越大的物體以越快的速度運動時，形成的引力波越強。例如，兩個中子星共同組成雙星時的引力波就很強。
發(fā)出引力波的中子星聯(lián)星
中子星是幾乎完全由中子(構(gòu)成原子核的粒子)構(gòu)成的密度極高的天體。1立方厘米的質(zhì)量高達(dá)10億噸左右。當(dāng)兩個中子星圍繞著共同的引力中心運轉(zhuǎn)時，則組成雙星。
高密度、大質(zhì)量的中子星所組成的聯(lián)星公轉(zhuǎn)時會連續(xù)不斷地引發(fā)時空彎曲，從而形成引力波，擴散到四面八方。而且，該時空彎曲會隨著兩個中子星的公轉(zhuǎn)連續(xù)不斷地產(chǎn)生，并形成引力波，擴散到周圍的時空中。發(fā)出引力波的中子星聯(lián)星
由于無法描繪三維空間的彎曲，因此，圖解僅僅描繪了水平方向的引力波。
研究表明，引力波在時空中傳播時，空間將會縱向或橫向擴張。如果能夠測量到空間縱橫交錯地收縮或擴張的話，就能觀測到引力波。
直接“捕獲”引力波相當(dāng)困難
直接“捕獲”引力波是非常困難的。這是因為，引力波是自然界中最微弱、最不易察覺的波。雖然像中子星那樣質(zhì)量巨大的物體在做加速運動時會輻射引力波，但是，在遙遠(yuǎn)的宇宙中所形成的引力波對地球周圍空間的影響卻極其微弱。引力波在通過像太陽與地球那樣距離遙遠(yuǎn)(1.5億公里)的兩個物體時，引起的空間變化(收縮或擴張)只相當(dāng)于一個氫原子直徑(1.5×10-10米)的大小。
引力波的性質(zhì)：
引力波以波動形式和有限速度傳播的引力場。按照廣義相對論，加速運動的質(zhì)量會產(chǎn)生引力波。
引力波的主要性質(zhì)是：它是橫波，在遠(yuǎn)源處為平面波;有兩個獨立的偏振態(tài);攜帶能量;在真空中以光速傳播等。引力波攜帶能量，應(yīng)可被探測到。但引力波的強度很弱，而且，物質(zhì)對引力波的吸收效率極低，直接探測引力波極為困難。曾有人宣稱在實驗室里探測到了引力波，但未得到公認(rèn)。天文學(xué)家通過觀測雙星軌道參數(shù)的變化來間接驗證引力波的存在。
例如，雙星體系公轉(zhuǎn)、中子星自轉(zhuǎn)、超新星爆發(fā)，及理論預(yù)言的黑洞的形成、碰撞和捕獲物質(zhì)等過程，都能輻射較強的引力波。我們所預(yù)期在地球上可觀測到的最強引力波會來自很遠(yuǎn)且古老的事件，在這事件中大量的能量發(fā)生劇烈移動(例子包括兩顆中子星的對撞，或兩個極重的黑洞對撞)。這樣的波動會造成地球上各處相對距離的變動，但這些變動的數(shù)量級應(yīng)該頂多只有10^-21。以LIGO引力波偵測器的雙臂而言，這樣的變化小于一顆質(zhì)子直徑的千分之一。
引力波的時空理論：
在歐洲引力波探測計劃中，科學(xué)家在德國漢諾威的GEO600引力波觀測站和意大利比薩的處女座(Virgo)引力波探測器處使用陸基引力波天線。德國漢諾威的GEO600引力波觀測站的干涉儀臂長達(dá)600米，是德英聯(lián)合項目;而處女座引力波探測器臂長更是達(dá)到3000米，是意大利、法國、波蘭、匈牙利四個國家聯(lián)合研究的項目。
根據(jù)相對論可知，高速運動的物體和宇宙中大質(zhì)量的天體碰撞都會產(chǎn)生極強的引力波， 當(dāng)這些引力波傳到地球上時會變得微乎其微，因此地球需要極高靈敏度的引力波觀測站來探測引力波。
科學(xué)家用激光干涉儀來探測引力波，這種儀器得機構(gòu)由兩條互相垂直的長臂組成，長臂的兩端掛有兩面高反射率的鏡子，激光打入到儀器長臂后，從而激光束在鏡子之間來回反射。而科學(xué)家對此進(jìn)行由于光程差引起的微小變化的檢測，這個微小變化僅僅有質(zhì)子直徑大小。
此外，對引力波的檢測需要極其高的技術(shù)條件：比如隔離真空、隔離振動等。隔離振動包括外部環(huán)境致使的振動和內(nèi)部設(shè)備引起的振動。
引力波監(jiān)測需要多個地面站同時工作，這些地面站的探測裝置都是相同的，這樣可以最大程度上來減小儀器測試產(chǎn)生的誤差;而在監(jiān)測過程中，必須同時接收同樣的信號，這樣可以避免受到地面信號源的干擾，從而保證引力波信號源的探測的精準(zhǔn)性。
德國馬克斯普朗克引力物理研究所、德國漢諾威萊布尼茲大學(xué)的哈特穆·特格羅特博士通過監(jiān)測比較認(rèn)為： GEO600引力波觀測站和Virgo引力波探測器在600HZ以上的中/高頻波段的靈敏度十分相似。這對科學(xué)家來說是一件非常有趣的事，科學(xué)家可以通過此波段尋找超新星爆炸所產(chǎn)生的引力波，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行監(jiān)測，可以節(jié)省時間和提高監(jiān)測效率。
伽馬射線是最強的引力波來源之一，而中子星或黑洞也都是引力波極佳的探測源。不過即使是中子星或黑洞碰撞所傳到地球的引力波信號也非常微弱，因而能監(jiān)測到的概率非常小。