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不久前美國的科學(xué)家用實(shí)驗(yàn)證明了引力波的存在，而近日國內(nèi)在幾年前就有人提出了引力波的相關(guān)理論，但是卻被人嘲諷最后擱置并受到關(guān)注，那么引力波究竟是什么？它的發(fā)現(xiàn)對于人類以后的文明科技進(jìn)步有什么用途。

引力波是什么？引力波的發(fā)現(xiàn)有什么用途

什么是引力波

引力波也稱重力波，引力波是愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的一種以光速傳播的時空波動，是時空曲率的擾動以行進(jìn)波的形式向外傳遞的一種方式。如同電荷被加速時會發(fā)出電磁輻射，同樣有質(zhì)量的物體被加速時就會發(fā)出引力輻射，這是廣義相對論的一項(xiàng)重要預(yù)言。

如果引力波被首次直接探測到的消息能夠得到證實(shí)，那么這些都將顯得不再那么重要，因?yàn)槲覀儗虼耸芤媪级啵何覀儗俅未_認(rèn)愛因斯坦是對的，引力輻射是真實(shí)存在的，并且黑洞的合并過程的確會產(chǎn)生這樣的引力輻射，而更重要的是，這樣的引力輻射信號是可以被從地球上探測到的。這將是一個全新的天文學(xué)領(lǐng)域，一個不需要望遠(yuǎn)鏡的新的天文學(xué)領(lǐng)域，它將引領(lǐng)我們打開理解黑洞、中子星和其他難以采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行觀測的天體類型的全新視野。

引力全稱萬有引力，又稱重力相互作用，它是指具有質(zhì)量的物體之間加速靠近的趨勢，簡單說就是物體之間相互吸引的作用力。它是自然界的四大基本相互作用力之一，也是自然界中最普遍存在的力，可以說是無處不在。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院教授蔡一夫解釋說，在經(jīng)典力學(xué)中，萬有引力被認(rèn)為是帶有質(zhì)量的物體之間所存在的相互作用。然而，在愛因斯坦的廣義相對論中，萬有引力是由于存在質(zhì)量對時空的彎曲所造成的現(xiàn)象。“廣義相對論認(rèn)為，物質(zhì)的質(zhì)量會使得時空彎曲。比如說有個人在一個沙發(fā)上坐下時，原本平整的沙發(fā)表面就立刻會向下凹陷，出現(xiàn)一個坑，而之前放在沙發(fā)周圍的物體就有向坑中間滑落的趨勢，于是就產(chǎn)生了萬有引力?！?/p>

“在宇宙空間也是一樣，比如把太陽、地球、恒星、黑洞等大質(zhì)量的天體放在時空中，時空就會形成‘凹陷彎曲’，萬有引力也就產(chǎn)生了?！泵绹槭±砉W(xué)院物理系研究員蘇萌說。

由此可見，在愛因斯坦廣義相對論的視野里，引力等價于彎曲的時空。而引力波就是在彎曲的時空這個大背景下，當(dāng)發(fā)生有質(zhì)量的物體加速運(yùn)動導(dǎo)致的擾動時，由此產(chǎn)生的波動如波紋一樣向外傳播的現(xiàn)象。“如果把引力比作大海，那么引力波就是大海中波浪的激蕩?！辈桃环蛘f。

蔡一夫拿蹦床舉例進(jìn)一步解釋說，“如果一個運(yùn)動員站在蹦床上，他站著的那個位置就會形成一個凹陷，也就是我們所說的彎曲。如果這個運(yùn)動員在那里一動不動的話，那個彎曲就像被扳彎的鋼尺一直緊繃在那里。這種緊繃其實(shí)是在儲存能量。如果他稍微動一動，跳一下，這個蹦床就會把他彈起來。為什么會被彈起來呢？就是因?yàn)橹皟Υ娴哪芰酷尫帕?。這個釋放不僅是把人彈到了空中，而且使得這個蹦床表面從一開始緊繃的靜止?fàn)顟B(tài)一下子變成反復(fù)起伏、上下翻滾的褶皺狀態(tài)，這個起伏翻滾并傳開來的褶皺就可以理解成一個波動的傳播，即產(chǎn)生引力波?！?/p>

蔡一夫說，如果把宇宙空間比作蹦床，把黑洞比作蹦床運(yùn)動員，它在宇宙這個大蹦床上通過碰撞、并合等方式蹦了一下，就會把之前儲存的巨大能量釋放出來，這種行為會擾動周圍的時空，造成起伏和震動，這個能量就會以引力波的形式傳遞出去。這種起伏的程度越大，波動就越大，引力波也就越強(qiáng)。

引力波的發(fā)現(xiàn)有什么用途

1、驗(yàn)證了已故科學(xué)家愛因斯坦的預(yù)言。如果引力波不被發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦的理論就如同缺了一條腿的凳子，是有漏洞的。引力波的發(fā)現(xiàn)，擬補(bǔ)了愛因斯坦的廣義相對論的漏洞，也確定了他的理論的正確。

2、引力波的發(fā)現(xiàn)類似當(dāng)年的發(fā)現(xiàn)X光一樣，是一種工具。有了這個工具，我們可以利用引力波的觀察，去觀察遙遠(yuǎn)的宇宙的現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)、時空穿梭等等才是有可能實(shí)現(xiàn)的事情。如果沒有引力波，以我們現(xiàn)有的技術(shù)是做不到這些科幻世界才有的事情的。

3、引力波不同在于，引力波的周期要長得多，同時也微弱的多，能觀察到引力波，至少要具備一定的技術(shù)水準(zhǔn)，觀察到引力波說明在這個領(lǐng)域人類的技術(shù)進(jìn)步到了前所未有的水平。

4、隨后是新用途：如果引力波被證明擁有雷管雞預(yù)言的性質(zhì)，那它將大大改變我們的生活。我們目前所有的太陽能電池都將變化雷管雞錐形，那時我們所使用的太陽能發(fā)電將是現(xiàn)在的5倍?。。《鹆Πl(fā)電的減少又會造成霧霾減弱、二氧化碳排放減少、大氣變暖減輕，酸雨減少，節(jié)約了化石資源，前途光明??！想想就開心！

5、引力波的發(fā)現(xiàn)將會改變物理界，對整個人類發(fā)展將會起到巨大變化，人類，將會步入引力波世界

引力波攜帶著與電磁波截然不同的信息，將為我們揭示宇宙新的奧秘，甚至為我們揭示宇宙誕生之初的奧妙

“一旦宇宙中某個地方因?yàn)樘祗w碰撞或爆炸產(chǎn)生了引力波，這種時空的‘震蕩’會在宇宙間以光速傳播。如果離地球足夠近，就可以用‘引力波天線’接收這些訊號。就像地球上時不時發(fā)生地震一樣，只要我們有一個好的地震儀就能探測到這些微乎其微的震蕩?！碧K萌說。

蘇萌介紹，目前引力波根據(jù)其產(chǎn)生源不同，主要分四種，分布在不同頻率上。針對不同頻率，科學(xué)家設(shè)計了不同的探測手段。例如，這次LIGO實(shí)驗(yàn)組探測到的黑洞引力波就屬于高頻段，探測手段就是地面數(shù)公里的激光干涉裝置。

四種引力波中，原初引力波頻率最低，迄今為止還未被觀測到，其波長跟整個宇宙的尺度差不多大。它不同于天體運(yùn)動、演化形成的引力波，而是來自于宇宙早期，產(chǎn)生于宇宙大爆炸時宇宙時空劇烈的“暴脹”過程中。原初引力波的探測需要對宇宙大爆炸后微波背景輻射（宇宙微波背景輻射是宇宙誕生大概38萬年后留下來的電磁波）進(jìn)行觀測，一旦被探測到對基礎(chǔ)物理學(xué)意義更加重大。

那么，探測到引力波到底有啥用？

科學(xué)家們普遍認(rèn)為，這次LIGO這一發(fā)現(xiàn)是愛因斯坦相對論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的“拼圖”，證實(shí)了愛因斯坦廣義相對論的正確性。

“既然引力波是存在的，基于引力波的科研思路可信性就大大提高了。就好像走一條未知的路，走到半路，有人懷疑不對，結(jié)果證實(shí)是對的，那么就可以加快步伐了?！碧K萌說。

蘇萌說，從科學(xué)上講，引力波的發(fā)現(xiàn)為我們打開了研究宇宙的全新窗口，射電、光學(xué)、伽馬射線等電磁波譜研究宇宙都是來自于光子攜帶的信息，引力波攜帶著與電磁波截然不同的信息，將為我們揭示宇宙新的奧秘，比如黑洞與黑洞并合時的物理過程。如果能探測到宇宙大爆炸時發(fā)出的原初引力波，那將為我們揭示宇宙誕生之初的奧妙。

“就好比，人類以前以為自己只有一雙能夠看見外界的眼睛（電磁波探測），現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)自己還有一雙能夠聽見外界的耳朵（引力波探測）。”中科院高能所研究員張新民說。

引力波的發(fā)現(xiàn)對普通人的生活會產(chǎn)生什么影響？科學(xué)家們表示，一個新的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，總會給人類社會帶來無法預(yù)估的發(fā)展。18世紀(jì)描述電磁波的麥克斯韋理論確認(rèn)的時候，也沒有人知道會給人類帶來什么，但是現(xiàn)在不管是電視機(jī)還是移動電話，都與電磁現(xiàn)象有關(guān)。