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相对论对话录28

已有 2707 次阅读 2016-2-12 19:54 |系统分类:科普集锦

1.目前有了探测到引力波的新证据后,我们最关心的研究进展是什么?


答:在地球表面直接探测引力波,开始于1960年代,一直没有可以重复的观察与实验。1993年的诺贝尔物理学奖,是脉冲双星因为引力波辐射能量造成的轨道周期变化预测成功。最近是因为采用激光干涉仪直接探测到13亿光年处黑洞碰撞产生的引力波,这不仅是对广义相对论预言的直接检验,而且涉及宇宙早期演化信息,意义重大。

 引力波探测,最重要的问题可能是我们如何测定它在不同条件下的传播速度?广义相对论预言引力波速度是光速,但如果测定后,明显不符合光速,那么相对论的问题就大了。另外一个问题就是引力波在强大引力场附近是否出现类似光在引力场附近发生偏折,偏折是否与星光偏折一致?这是对“甚强等效原理”的直接检验,引力场能量按照E=mc*c,也有惯性与引力效应,这是爱因斯坦在1913年广义相对论诞生以前就在理论上预设的,目前尚未实验检验。

 引力波很弱,目前无法通过质量的快速旋转制造可观测的效果,更不可能类似无限电波用于通信。一些科幻猜测,短期内不可能变为现实。引力波包含的宇宙早期信息,需要丰富的宇宙学知识才能理解与研究。


2.爱因斯坦在引力理论的探索中,模仿过麦克斯韦场论引入引力磁场,来预言引力波吗?


答:假如没有广义相对论,引入引力磁场,构想一个麦克斯韦方程化的新引力理论,这是最容易想到的思路,大概在1890年代就有了。这种构想经过一些处理,符合狭义相对论也能办到。不过有一些引力磁场理论预言引力波带走负能量,这就不对了。引力磁场理论最大的弱点是不符合甚强等效原理,引力场能量产生的引力效应无法考虑进去。引力与电磁力最大不同是,电磁波没有电荷,而引力波具有质量与引力效应。

 在广义相对论的线性处理中,引力磁场效应可以得出。我们目前观测到的黑洞碰撞产生的引力波,很可能不能线性计算预测的。而且黑洞强引力场附近引力波的速度也远低于真空光速,并发生扭曲偏折,这是一种自引力效应。虽然爱因斯坦本人只是在理论探索的某些近似中引入类似引力磁场的项,但是他在1912年就考虑了一个类似电磁感应的引力感应效应,把一个质点放在空心球壳内部,球壳的直线加速或旋转,都会让空腔内部的质点感受到加速效应。




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