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04 引力波（第1页）

04引力波

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我们在第3章曾经提到过引力波（gravitationalwaves）。

现在我们来详细地讨论它。

第1章讲过，在爱因斯坦的理论中，引力产生于时空弯曲。

恒星或行星这样的大质量天体使它们周围的时空发生弯曲，导致其他的一些物体从它们旁边经过时轨道发生偏折。

如果错误地认为这些东西在平直时空中运动，我们就会以为存在一种叫做引力的东西。

实际上这一切都是时空弯曲导致的。

引力波和时空弯曲有关。

如果一组大质量天体之间有相对运动（比如太阳系、脉冲双星系统等），那么它们周围时空的弯曲就不是一成不变的。

有质量物体导致了时空弯曲，所以如果这些物体在运动，那么时空的形态也会不停变化。

描述这一情况更科学的说法是：在爱因斯坦的理论中，时空是动态的。

我们用前面讨论过的超新星作例子来解释这一点。

在它们的核心坍缩导致灾难性的爆炸之前，它们就像我们的太阳一样，是比较稳定的天体。

因此，在这一阶段，它们周围的时空弯曲方式应该和太阳周围是一样的，也就是说，和太阳周围的引力场相似。

它们爆发之后最终会形成中子星或黑洞，再一次回到相对稳定的状态，此时引力场便不随时间变化。

爆炸的时候，它们会往外喷射巨大的质量和能量。

它们的引力场，也就是周围的时空弯曲在这段时间发生着剧烈的变化。

和很多系统从平衡状态转变为快速变化状态时的情况类似，超新星爆发产生了一种波形式的扰动。

用更加接地气的例子作类比，就像你往平静的水池里扔一块石头，落水位置的池水会从稳定状态开始迅速变化。

池水希望可以回到它最先平静的状态，这导致了一种向外传播的扰动，这种扰动以波纹的形式从石头落入的位置向外扩散。

相似地，原本安静的房间里突然出现的响亮的噪声会引起房里各点的大气压力的改变。

由于空气试图回到稳定状态，气压的扰动也会以压力波的形式向外传播，这种压力波叫声音。

引力也一样。

如果时空曲率受到质量或能量的扰动，那么这种扰动就会以波的形式传播开去。

当恒星坍缩时，它们的外层会被爆炸的压力推出去，此时就会发生引力扰动。

和上文池水的例子相似，这一剧烈过程就像往水里扔石头一样激发了时空曲率的波动。

波传播的速度一般取决于它们通过的介质。

比如说，我们知道声波在热空气中比在冷空气中传播速度要快一些。

引力波的介质是时空本身，根据爱因斯坦的理论，引力波的传播速度和光的传播速度相同。

和光一样，这一速度的大小和观察者以及波源的运动状态都无关。

引力波传递信息的速度是最大可能速度，因为它与光速相同，没有任何东西能跑得比光还快。