引力波在未来会有哪些方面的应用价值?

发布时间:2017/01/09 16:02:08 投稿: 网友投稿

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导读: 科学家对引力波是如何确定其来源和方向的? - 相对论 【gyroscope的回答(1357票)】: 在可预见的未来,引力波应用仍然是天文观测。由于引力波的产生需要很极端的条件,人类活动无法产生实用的引力波。 引力波天文学是继电磁波,中微子之后的一扇全新的窗户,...

科学家对引力波是如何确定其来源和方向的? - 相对论

【gyroscope的回答(1357票)】:

在可预见的未来,引力波应用仍然是天文观测。由于引力波的产生需要很极端的条件,人类活动无法产生实用的引力波。

引力波天文学是继电磁波,中微子之后的一扇全新的窗户,也是天文观测的最后一块空白。引力波的特点使它可以提供其它手段无法获得的信息。引力波是机械运动产生的波,它反映的是质量分布的变化;由于万有引力是所有相互作用最弱的,这一方面导致引力波极端难以产生和探测,另一方面也赋予了它最强的穿透力,甚至强过中微子。这些特点使它可以用于以下场合:

黑洞合并

黑洞合并是重要的天文现象,也是公认的最强的引力波源,特别是星系合并带来的核心巨型黑洞的合并。理想状态下黑洞只是一个强引力源,因此黑洞的合并只会辐射引力波。实际中由于黑洞会吸积星际物质产生电磁辐射,我们可以通过电磁波(主要是X射线)间接观测黑洞合并的事件,但这种手段提供的信息很有限(只能告诉我们有两个黑洞合并了,不能告诉我们它们怎么合并)。

这几年随着计算相对论(Numerical Relativity)的发展,人类对黑洞合并可以进行比较准确的模拟,并预言了一些现象,比如引力辐射的能量,黑洞角动量的进动,以及Black hole recoil(不会翻译,大概是两个黑洞合并通过辐射引力波获得极高的反冲速度,达到每秒5000千米)。如果能对引力波的波形进行分析,我们可以验证这些预测,进而验证广义相对论,同时还能对星系的演化有更深的认识。

超新星爆炸

超新星爆炸也是引力波理论上的重要来源。尽管超新星可以很容易通过电磁波,中微子观测到,引力波可以提供一些独特的细节。由于引力波只反映了质量分布的变化,我们可以获得超新星物质运动的宏观信息。引力波可以轻易的穿透恒星的外层物质,几乎不发生衰减和畸变,我们可以了解超新星内部的情况。这些对天体物理,恒星演化有着极其重要的意义。

中子星—中子星/黑洞碰撞

中子星—中子星和中子星—黑洞的碰撞目前还没有被天文观测所证实,尽管理论认为它们是短伽马射线暴的来源。如果我们能在短伽马射线暴的同时探测到相关的引力波信号,这将会证实中子星与伽马射线暴的关系,同时大大推进相关领域的认识。

由于强相互作用的复杂性,人们对中子星的内部构造仍然缺乏认识。目前仍然缺乏好的中子简并态物质的状态方程(Equation of state,描述物质温度,压强与密度的关系式,如理想气体状态方程),如果能分析中子星与中子星或黑洞碰撞的引力波的波形,我们可以更好的修正状态方程,从而促进量子色动力学(描述强相互作用的理论)的发展。此外不少理论认为中子星的碰撞是宇宙中重元素(如金,铀)的主要来源,对中子星碰撞的深入了解可以促进元素合成理论的发展。

宇宙大爆炸早期,暴涨过程

目前人类对宇宙早期的认识主要来自宇宙微波背景辐射(CMB)。然而早期的宇宙是高密度的等离子汤,对电磁波不透明,因此CMB只能反映宇宙诞生38万年之后的事。然而,由于引力波有极强的穿透性,可以畅通无阻的穿过早期的等离子汤,因而可以记录宇宙大爆炸早期的事件,如暴涨。科学家相信存在这样的“引力波背景辐射”,即原初引力波(primordial gravitational wave)。

值得一提的是,2014年闹得沸沸扬扬的BICEP II就是关于原初引力波的。尽管该实验最后被否定了,但精度更高的BICEP III已经上线。如果能发现原初引力波,可以极大的促进宇宙学,量子引力等理论的发展。

需要说明的是,由于大部分引力波源产生的引力波的波长很长,而且受制于观测手段,引力波观测只能分析波形,而不能进行成像。也就是只能“听”不能“看”。我不知道未来能不能对引力波进行成像。

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太激动了!今天23:30,LIGO团队宣布发现引力波的证据,文章发表在PRL上!历时100年的追寻终于有了结果,人类从此进入引力波天文学的时代!

祝贺LIGO团队!也感谢一直以来为寻找引力波辛勤付出的研究者们!荣誉属于你们!

【Desmond的回答(507票)】:

转一篇其他问题下的答案

引力波的发现在科学上有多大的意义? - Desmond 的回答

面对宇宙,我们第一次进化出了眼睛。

=======抖机灵分割线=======

爪机凭印象答,如有错漏还望不吝赐教~

从一两年前就开始关注引力波的探索,在LIGO升级后也是特别期待有所发现,没想到这么快就确认了,实在是惊喜!现在科普文已经有许多了,我就不赘述了,着重说一下意义。

在5.4亿年前的寒武纪,地球上的生物第一次进化出眼睛,那时的眼睛还只是由一些感光细胞汇聚而成的凹陷,称为眼点,但从那一刻开始,地球上的生命第一次感受到了充盈在宇宙中的无处不在的电磁波。五亿多年过去了,自从19世纪发现电磁波后,我们的生活已经离不开这种电磁场的扰动了。我们将各种频段的电磁波编码,发射,地球另一端的人就能瞬间接收到编码的消息。

这些有意义的电磁波让许多人开始脑洞大开,如果人类使用电磁波进行交流,那么如果有外星人的话,它们是否也是这样呢?于是以SETI为首的各类地外智慧探索设施开始成立,而他们的主要手段就是监听来自深空的电磁波,试图找出经过外星人编码过的那些,以证实外星文明的存在。不过这么多年过去了,人们始终没能捕获哪怕一丝带有文明气息的电磁波,于是有人开始怀疑。

电磁波最大的缺点就是穿透性差且特别容易衰减,很多人指出如果有星际文明的话,电磁波并不是一种良好的通讯手段。那么什么才是呢?很多人把目光投向了引力波,而引力波的性质对于星际通讯简直在适合不过了,它的穿透性非常好,甚至比中微子还要强,而且衰减速度很慢,足以保证长距离的通讯,这样的性质让很多人坚信引力波才是高等星际文明的基本通讯手段。

试想一下,当有一天,人类终于可以编码,发送,接收引力波时,会不会突然发现,其实宇宙中充斥着有意义的引力波,这个宇宙早已热闹非凡,只是从前我们是瞎子,看不到那些璀璨的灯火?也许在人类发明出引力波天线(收发装置)的那一天,巨大的飞船将从天而降,迎接我们进入真正的宇宙文明社会(好吧,脑洞确实有点大_(:3」∠)_)。

当今天,人类终于发现了引力波,就像寒武纪时,地球生命第一次进化出了眼睛,我们终于可以“看见”这个宇宙了。

【北条泰时的回答(136票)】:

这个可以说是跨时代的发现,无论怎么美誉都不为过。

作为一个关注天文20多年的老望远镜,当初连夜看阿尔法暗物质探测仪升空,到如今亲眼目睹老爱预言的引力波被成功探测。这其中的震撼以及激动,远远超过我在知乎上其他回答带给我的成就感,尽管在天文这一块我仅仅是个业余爱好者。

举个栗子,引力波不是一个孤立的证例,而是一整套对于时空本质的预言,正如当年老爱的宇宙学常数,在被老爱亲自否定后又在90年代被新发现的加速膨胀所证实的暗能量给肯定,引力波被证实所代表的是这个理论后面一连串的东西成立,我们对宇宙的认识更进一步。

不得不说,老爱真是牛逼。

引力波同时还是一个开拓性利器,通过引力波观测宇宙,可以让我们对宇宙的认识更清楚,暗物质肯定没跑了,这货就是有引力作用,备不住暗能量也会被发现其本质。

很高兴,作为一个老牌天文望远镜狗,见证了这个时代。

【张张张美好的回答(170票)】:

“刚发现电磁波的时候,肯定有人说,这玩意儿tm到底能干啥,我真的再想活500年好好看看啊!”

而现在,我也好想再活500年

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引号里的话是我刷微博看到的,有盆友在评论提醒是微信公众号环球科学里《人类首次直接探测到了引力波》文章底下的评论。没能提前注明,不好意思~

【HoratioLee的回答(1627票)】:

一个新时代的开始!!!

非物理学专业,电气出身,大牛太多,引力波不懂,不敢造次,来看看我老本行,电磁波当年的历程!可以作为参考!!

1752年 富兰克林花式作死,风筝实验,打雷天放风筝,友情提示:千万别学他!

1785年 法国物理学家库伦提出库伦定律,就是点电荷作用力公式,F=kQ1Q2/r^2,同名相斥,异名相吸

1820年 丹麦科学家奥斯特证明通电导体周围存在磁场,就是著名的奥斯特实验,指南针偏转。

1831年 法拉第提出电磁感应定律 还记得高考物理里面的切割磁感线产生感应电动势吗?那几个右手定则左手定则绕晕了多少人?

1865年 大神来了!!!前方高能!!麦克斯韦首次提出了号称上帝写出的麦克斯韦方程组!!看过一本书上说爱总当年是受某个著名物理学家刺激,走上了物理学之路,恩,这个某个著名物理学家就是麦克斯韦,他的方程组直接在经典力学的大厦旁边,建立了电磁学的摩天大楼,所有的电磁现象都可以用这组方程描述!号称上帝写下的诗!而且,麦克斯韦直接在方程中预言了电磁波的存在,当时完全没有人知道电磁波是个什么玩意!麦克斯韦直接就给出了预言,而且预言电磁波的传播速度就是光速!

1888年,德国物理学家赫兹(这名字眼熟吧?对,频率的单位就是用他的名字命名的,那个Hz)完成了他一生中最著名的实验,证明了电磁波真实存在。赫兹一辈子活了40岁都不到,甚至可以说,他就是上帝派来为人类完成这个实验的!顺便提一句,这个著名的证明电磁波存在的实验中还暗含了量子力学的伏笔——光电效应,不过咱们这里谈的是电磁学,量子论的东西按下不表,我也不懂,不敢乱扯。

好了,到此为止,电磁波终于被证明真实存在,接下来,就是开始应用了。

接下来进入炫丽的电磁波的光辉岁月,有不少疏漏,仅说些关键的。

1898年,意大利电气工程师马可尼发了第一封无线电,成为无线电之父。这货最牛逼的一点是他不仅靠着无线电拿了专利发了大财,还顺手拿了1909年的炸药奖,堪称名利双收,真乃我辈电气狗的楷模和偶像!

1906年,无线电广播发明,人类开始有了收音机

1930年代,雷达发明,为大英帝国打赢不列颠空战立下汗马功劳,不然的话,你我有可能现在还得说日语。

1945年,美国工程师斯彭塞研究雷达的时候意外发现了电磁波的热效应,鼓捣出了微波炉,从此人类热饭热菜可以不用点火了。你现在中午在单位热个便当,还得感谢他。

1957年,人类第一颗卫星上天,前苏联的斯普特尼克1号,开启太空时代。

1964年 GPS系统组网成功上线,人类远航的时候,终于可以彻底告别罗盘指南针,不用再担心迷路。

1965年 美国贝尔实验室的雷达工程师(又是雷达!)彭奇亚兹和威尔逊在研究雷达噪声的时候意外发现了3k背景辐射,证实了大爆炸理论,谢耳朵研究的就这东西。同时开启了射电天文学时代,以前的望远镜观测的都是可见光频段,从此可以观测无线电波、红外、紫外、x射线、伽马射线频段了。随之而来的射电天文学四大发现,让人类对于宇宙的认识上升到一个新的高度,其中的脉冲星引发的“小绿人”的猜想,还引发了一阵关于地外生命的讨论,外星人真的存在吗?

1969年 阿姆斯特朗登上月球,那句振奋人心的“个人一小步,人类一大步”激励了一代人!至少十亿观众在电视机前看到了这小小的一步,跨越了几千年文明的一步!

1973年,美国的moto罗拉公司工程师马丁?库帕发明手机。移动通信时代开始。

1999年,IEEE发布了WIFI协议,是澳洲人先搞出来的,你所不知道的是,每买一件无线设备,都要给澳大利亚政府付专利使用费。现在的亲们,是不是到哪吃饭,第一件事就是找服务员要密码?

…………

等等等等,这一切,都是从遥远的18世纪开始的,当年的人类,并不知道电磁波是个什么玩意,后来知道了,也不知道这玩意有个卵用。而今天,你我的生命中,哪里离得开电磁波?你至少此时此刻,用你的手机刷着知乎,就得感谢这些科学家,感谢这些为了并不知道有什么卵用,却依然埋首其中,默默努力一辈子的人们,他们是人类的脊梁。

多年以后,当人类造出曲速引擎开启星际殖民时代的时候,一定会回忆起证实引力波存在的那个遥远的下午。

看到有回答说,真的想再活500年,看看引力波有什么用,我也有这样的想法,看看引力波可以为人类带来的,翻天覆地的变化,而这一切,就是从今天,从此刻

公元2016年2月12日,开始的

路曼曼其修远兮,吾将上下而求索,愿与诸君,共勉!

【小桥流水的回答(14票)】:

刚听完一个引力波报告,未来如果更多检测站建好,实现精确定位.再结合电磁波测量,可能用于检测膜理论和多维理论.因为电磁波只能膜内传播,而引力波不受此局限.若膜有折叠,引力波会先到达地球,同样天文事件的电磁波信号会后到达.

【Sisyphus的回答(4票)】:

引力波天文学确实很有吸引力,不过真正进入应用大概还有很长的路吧。

(个人观点,难免有问题)

首先,空间分辨率。

现代天文讲究的是多波段研究,举个例子:光学望远镜看到了一个事件,随后,我们再用射电看看,再用X射线看看,再用伽马射线看看。然而引力波目前还做不到,LIGO的精度基本上是“有,但是不知道从哪来”,所以没法儿对引力波源进行多波段的观测。实际一些,伽马暴的中子星并和模型就不能直接验证了,最直接的验证就是从引力波看到一个事件后用伽马射线望远镜看看引力波源有没有伽马暴。

二,阈值

这次的事件为从65个太阳质量中释放3个太阳质量。再那双中子星并和说事儿,中子星质量的典型值为1.4个太阳质量,双中子星的总质量不过3个太阳质量,然而这次的引力波释放掉的能量就有3个太阳质量,而且系统的引力相互作用比这次要弱得多,可见这类天体发出的引力波要多得多,所以这类天体的观测还有待LIGO的进一步升级(10年后?)

三、引力波事件和观测资料的累积

“看arXiv,1602.03842,估计双黑洞并合事件的概率是2–400 Gpc^?3 yr^-1。aLIGO 2015年9月才升级完的,发现这次事件的这一轮观测就39天,不是十年。”感谢@刘博洋指出错误

天文学的研究很注重观测资料的累积,累积足够的引力波的观测数据需要一定时间。起举一个由于数据不足造成的问题,粒子天体物理的疑难:极高能宇宙线的非各向同性,按道理讲应该是各向同性的,现在,随着数据的累积,高能事件越来越多,这种非各向同性越来越弱了。

【冷大夫的回答(537票)】:

忘了是多少年前在哪听过一个故事(找不到原版了,复述给大家,真伪自辨):

19世纪中叶,

一个叫黎曼的小伙子提出了“黎曼几何”,

于是世人说:你丫这破玩意儿有个毛用,谁也看不懂,谁也不会用。

黎曼笑了笑。

20世纪初,

一个叫爱因斯坦的老头,用黎曼几何的张量分析法,提出了一个叫“广义相对论”的东西,

于是世人说:你这什么乱七八糟的?(爱因斯坦的手稿都很乱这是公认的)

理解的人很少、反对的人很多,一直到前天都有人在质疑它的真实性

爱因斯坦呵呵一声。

20世纪70年代,

美帝一群科学家射了几颗卫星上天,目的是为海陆空三军提供某些秘密服务,但是这卫星飞的太尼玛快了,以至于它的时间每天都比地球要快38微秒,好在我们有广义相对论,可以通过计算修正误差。

但是美帝的人民不干了:拿我们血汗钱去干这种无用的军备建设?!

尼克松并不鸟他们

1984年,这些卫星开始民用服务,

1993年,它们开始免费民用

2000年,它成为了你生活的一部分,你开始依赖它

今天,你的手机要是没有这个功能,会很蛋疼

它叫GPS

——————————

“我以后买菜用不着这些东西”曾有个学生厌学,他这样评价学校的课程。我给他讲了这个故事。

科学家所做的事,就是去开拓超越这个时代的东西,有的时候他们也不知道自己面对的是什么,他们也会无聊,也会骂上一句“这TNND有个卵用?”但是,人类前进的桥梁就是这一块块看不见前程木板铺出来的,只要我们还在铺,人类就还能前进。

黎曼不会知道什么叫相对论、

爱因斯坦不会知道有人用他的结论造了无数的军事卫星(或许知道)、

美国佬不会知道哪些垃圾军备已经融入了他们的生活。

就像你今天,不会知道,那时空中微小的涟漪,能掀起未来什么样的浪花…

【normansu的回答(93票)】:

===原答案===

帮助人们更好的观测和发现民科。

==以下2月12更新,一大波图片和民科袭来!非战斗人员迅速撤离!就说你呢!===

这样,为了让大家知道被逮住的民科有多少,我更一点链接,大家慢慢观摩吧,我随便看了一圈就抓了一大把:(我知道你们懒,我每个答案都给你们截个图吧)

引力波的发现在科学上有多大的意义? - 昌维的回答

引力波的发现在科学上有多大的意义? - 赦聚的回答

引力波的发现在科学上有多大的意义? - 知乎用户的回答

引力波在未来会有哪些方面的应用价值? - 司空的回答

引力波在未来会有哪些方面的应用价值? - 不吃葡萄要吐葡萄皮的回答

引力波在未来会有哪些方面的应用价值? - 狼图腾的回答

引力波在未来会有哪些方面的应用价值? - fiona 的回答

引力波在未来会有哪些方面的应用价值? - 唯论者的回答

以及,有个我忍不住要单独给一排出来,因为

大家不要错过:

摘录一句 ,“欣慰自己能从小六开始便深刻理解相对论。”

全文在这里引力波的发现在科学上有多大的意义? - TSEMPU 的回答

当然,神棍什么的,由于引力波的发现,变得更好观测了。很简单啊,引力波这么牛叉的物理学大事件,难道他们可以熟视无睹吗?

引力波的发现在科学上有多大的意义? - 基甸的回答

同样的,摘录一句,“这不但有科学上的意义,而且(更)有‘神学’上的意义。”

这个答案图文并茂,太长,就不截图了。

好了,我体力消耗太多,就更到这里。

【卢涛南的回答(94票)】:

高考考点

阅读完本文还推荐您阅读: 公海杀人犯法嘛?为什么会有公

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