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引力波是什么，它的速度有多快，能超光速吗？ 引力波是什么


引力波是什么，它的速度有多快，能超光速吗？ 引力波是什么

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【引力波是什么，它的速度有多快，能超光速吗？ 引力波是什么】爱因斯坦广义相对论中最惊人的预言之一是，不仅有物质、辐射等粒子形式的能量，还有引力辐射或时间空结构中的基本“涟漪” 。这是最难理解的事情之一 。帕特伦的支持者罗伯特·汉森想了解更多:
引力波是以光速传播的微小时间空扰动 。然而，时间空可以比光速更快地膨胀和收缩 。压缩波定义为收缩后立即膨胀产生的波 。这似乎制造了一个悖论:引力波以光速传播，但似乎有一种理解认为它们是超光速的 。如何解释这个明显的悖论？
首先，让我们从这种辐射的概念(以及它是如何产生的)本身开始 。

图片:NASA 空和哈勃遗产团队(空望远镜研究所/大学天文研究联合组织)是来自M87星系的相对论喷流，被带电粒子加速 。
在电磁理论中——甚至在经典电磁理论中——产生电磁辐射只需要两个条件:一个是带电粒子，另一个是它通过的磁场 。粒子可以带正电荷(如质子)或负电荷(如电子) 。如果它通过磁场，磁场会加速粒子，从而使其沿着圆形或螺旋形路径移动 。
磁场越强，粒子的初速度越大，荷质比越大，粒子的加速度(或运动变化)越大 。

图片:欧南泰/左 。脉冲星卡萨达围绕它的双星伴星运行，在时间上产生引力波(或引力波)
但对于这样的互动，既要保持能量，又要保持动量 。在作用过程中，只要电荷被外磁场加速，肯定会发出辐射，电磁学就是这样工作的 。这种(电磁形式)辐射以光子的形式出现，根据产生方式的不同，可分为阻尼辐射、回旋辐射或同步辐射 。
在牛顿的经典物理学中，没有中性辐射这种东西，但是爱因斯坦的广义相对论改变了这一切 。巨大的辐射源——像粒子这样的东西的信息资源网络——类似于引力电荷，然而空之间的弯曲结构本身类似于引力场 。在恒星、白矮星、中子星或黑洞存在的情况下，每当大质量粒子通过弯曲的空空间时，空空间可能会严重弯曲，它会发出类似电磁辐射的东西:引力辐射 。

图片:Todd Strohmeier(戈达德太空飞行中心)，通货紧缩公链系统，NASA空-插图:Dana Berry(通货紧缩公链系统) 。
这种新形式的辐射既不是光子，也不是任何其他形式的粒子辐射，而是结构本身在空之间形成的波纹:引力波 。对于像地球这样质量的行星绕太阳运行，它会产生引力辐射，引力辐射非常小，大约需要10.140宇宙年才能明显改变轨道，所以我们永远看不到它 。但对于质量更大、距离更近、场更强的系统，影响会更大:比如脉冲星双星系统、我们银河系中心周围的超大质量黑洞甚至合并黑洞系统 。在这些情况下，可以观察到轨道衰变，由于能量守恒，我们知道某些物质会被发射出来 。

空是独一无二的:当两颗中子星开始围绕一个共同的重心旋转时，它们会发出引力波(左) 。因为这样会导致两颗中子星连续失去部分轨道能量，在螺旋轨道上慢慢相互靠近，环绕周期变短 。右图显示了双脉冲星PSR j0737-3039的一些情况 。
毫无疑问，这个“物质”就是引力辐射(也叫引力波)，而且因为对脉冲星双星系统的观测，我们知道引力辐射的速度一定等于光速，这可以精确到0.2%！换句话说，引力波的波纹实际上以与光子相同的速度在空之间移动 。它们之间的主要区别在于，在重力辐射的情况下，这些波纹是空之间的结构所固有的 。

时间空快轨道恒星(中子星、白矮星或黑洞)产生的涟漪 。图片:NASA 空 。
然后，回到罗伯特最初的问题，当这些涟漪不是在(接近)静态空而是在膨胀的宇宙中产生时，会发生什么？答案是:它们会像光子一样被拉伸，受到宇宙膨胀的影响 。
当光子在膨胀的宇宙中通过信息资源网络传播时，它们的波长随着空结构的膨胀而拉长 。它们的数量(和能量)密度会被稀释 。虽然它们总是以光速行进，但发射器和观测接收器之间的距离会发生变化 。例如，大约138亿年前，大爆炸开始时，膨胀后10-33秒:
今天到达这里的光子距离138亿年前的我们只有100米 。
在膨胀的宇宙中旅行138亿光年后，这个光子将旅行138亿年，并将其波长拉长约28个数量级 。
今天到达这里的光子将从461亿光年之外发射 。
听起来很疯狂？嗯，引力波是一样的！引力波也必须通过膨胀的宇宙，也必须以光速通过空(无论空是膨胀、收缩还是静止)，其波长的拉伸方式与光子完全相同 。引力波“骑”空这个结构，就像水波“骑”过水面一样；如果一块石头掉进河里，波纹不仅会径向向外移动，还会在向外移动的同时顺流而下 。


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