对引力波与黑洞的认识

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1、对引力波与黑洞的认识摘要：在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。黑洞（Blackhole）是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度无限大，体积无限小的天体，所有的物理定理遇到黑洞都会失效。本文将针对这两个概念进行初步阐述。关键词：引力波；黑洞；爱因斯坦相对论一、时空中的涟漪牛顿的万有引力定律揭示了引力与万物

2、的关系，爱因斯坦的广义相对论则将引力与四维时空的弯曲性质联系在一起。物质的质量使得四维时空弯曲，弯曲的时空又影响其中物体的运动，使其运动轨迹成为曲线而非直线。例如，一大片无限扩展的弹性网格上，大球的质量使网格下陷，小球在变形的网格空间中作圆周运动才不至于继续往下掉。大球的质量越大，W格的变形程度就越大。两个球的质量相差很大，小球的质量可以忽略。这种系统可以看成是大球不动，小球围着大球转。这时候网格下陷的形状基本保持固定，整个系统有一个相对稳定不动的公转中心，类似于太阳系。是，如果两个球的质量差不多，都非常大，那就

3、应该是两个大球互相绕着转圈。弹性网格两个下陷最深的位置随着时间不停地改变，使得网格的形状也作周期变化，然后，这种变化又影响到距离两球更远处的网格形变。如此牵连下去，使得周期变化传向四面八方，形成“网格波”。上面“网格波”（或涟漪）的比喻用到四维弯曲时空中，便是LIGO在2015年9月14日探测到的引力波。以上例子中的弹性振动引起的“网格波”，是一种机械波。四维时空中也有类似“网格”的几何量，称之为度规。引力波便是时空度规变化之传播而形成的。二、爱因斯坦的等待然而，宇宙中存在大的引力波源，比如中子星和黑洞等，在某个

4、特定的时候便有可能辐射出强大的引力波。尽管这些星体一般都远离地球，从而引力波到达地球时已经有很大衰减，但仍然有可能被我们探测到。体发出的引力波的频率与波源的质量有关。科学家们针对不同频率的引力波，建造了三类不同的接收器。一类接收器是针对宇宙大爆炸中的暴涨模型所预言的“原初引力波”。哈佛设在南极的BICEP2探测器就是为这个目的。它对引力波的探测是通过观测和分析宇宙微波背景辐射（CMB）而实现的。一类引力波的频率特别低，只有十万分之一赫兹到一赫兹。科学家们认为接受这一类引力波的最好办法是通过空间卫星阵列来探测。欧洲

5、的LISA项目便以此为目标。像LIGO团队使用的这类地面的大型激