米老康

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五分鍾的“宇宙波”

(2017-10-03 07:55:22) 下一個

(今年諾貝爾物理獎今日揭曉,宇宙波又成熱點)

newton

三百多年前牛頓因為一隻蘋果砸了他的腦袋而創建了重(引)力學;解釋了月亮幹嗎非繞地球轉不可。此後300多年來發射衛星、登月、太空探測、行星軌道計算一直沿用牛頓的數學公式,從未失算過。

牛頓說兩物體之間必有引力而且給出引力的計算公式,但沒有解釋倆物體之間為什麽會有引力,總不會是因為門當戶對或看對眼了吧?引力到底是什麽?中學物理老師很可能把引力比喻為一條看不見的繩子。繩子是否可見和有沒有繩子是兩個截然不同的問題。

einstein

一百年前愛因斯坦出來PK牛頓。他倆都同意空間有尺度,大小、寬窄,太空中也許有物質也許沒有。但牛頓從不認為物體的存在會對空間的形狀有任何影響;而愛因斯坦認定一定會有、而且影響還不小。物體可以使空間變形、起皺、甚至伸縮【1】。

gravitytug

這張圖最近走俏,估計大家都看到過了。想象把地球扔在這張蹦蹦床上,因為地球質量大,蹦蹦床中間陷下去了。此時你要是站在繃繃床邊上也會陷下去,一直陷到地球上。

想象這不是蹦蹦床,而是地球附近的空間,因為地球的存在而使周圍的空間彎曲了【1】,地球附近的東西都會順著這個彎曲掉在地球上。這就圓滿地解釋了“重力”是怎樣工作的:你是“陷落”而不是被“吸引”到地球上的!

這張圖隻顯示了兩維空間(蹦蹦床)在三維空間裏的彎曲情況。三維空間怎樣彎曲,隻好憑想象了。【1】

歸納起來,倆學派認知不同乃是一“引”一“陷”。

愛因斯坦乘勝追擊。牛頓認為兩個物體引力作用是持續的、瞬時的。愛因斯坦不買這個賬。要是哪天太陽說“老子不幹了”而突然消失了,地球怎麽會瞬間就知道不該繞太陽轉了,他們之間不是沒繩子拴著嗎?應該還是需要些時間(太陽消失)這一信息才能傳到地球,而離太陽更遠的冥王星應該知道的更晚些才是啊!

這就要說到重力波了。天上的隕石掉在海裏,會引起巨大的波濤導致海嘯。海底突然地陷,同樣會引起巨大的波濤導致海嘯。日本的海嘯就是因為海底地震引發的。

還是回到那張蹦蹦床。這回假設落在蹦蹦床中間的是太陽,要是哪天太陽突然消失了,那蹦蹦床瞬間繃平了,還要上下顫動數次。再回到空間,要是太陽突然不見了,它附近彎曲的空間突然伸直了,這就相當於海底地陷了,原來的海底不見了,會引起巨大波濤。這個空間的波濤是以空間的不斷伸縮【1】向外傳輸的,就像水波一樣。這就是宇宙波!

宇宙波按光速傳播,瞬間傳到地球,或者說宇宙海嘯瞬間到了地球,就把地球衝出原來的軌道不再繞太陽旋轉了。這就解釋了要是哪天太陽突然消失了,地球為什麽就會“飛”出去了。其實它不是“飛”的,是宇宙波“推”它出去的吧?【2】

探測到宇宙波的存在,也就證明了愛因斯坦理論的正確,意義重大。另一方麵,人類關於宇宙的知識全都來自於光或電磁波。宇宙波給了人類了解宇宙的一個嶄新的窗口。據說宇宙波衰減(相對)很小,極有可能宇宙起源時大爆炸引起的宇宙波還在宇宙空間裏遊蕩,也許有一天會讓人類捕捉到。這是絕好的好萊塢電影題材。

這就是老康的五分鍾的“宇宙波”。

【1】 應該說是時空的彎曲和伸縮。這要去研究愛因斯坦的廣義相對論。
【2】 這段係老康自由發揮,參考文獻裏沒有。若有錯誤敬請指正。不然就權當科幻小說來讀吧。

【參考文獻】

Essay: Newton vs. Einstein vs. the Next Wave

【抵賴】 老康一貫現學現賣、急用先學。繆誤之處敬請指正!老康這廂有禮了!

2016年2月15日波士頓,版權歸作者所有。

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