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图解时间简史:人人都可以读懂的霍金 11 探寻暴胀的直接证据 重力波背景辐射
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根据爱因斯坦的广义相对论,任何物体处在加速状态时都会发出重力波。不过由于信号微弱,只有体积巨大的物体,如两个中子星或黑洞碰撞产生的重力波才可以被探测到。
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暴胀产生重力波
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爱因斯坦的广义相对论中描述,重力是时空的扭曲。像海面上的波浪一样,这个时空扭曲在空间中传播,就是重力波。用基础粒子的知识来看,电磁波是称为光子的基础粒子成群运动形成的,而重力波是称为重力子的基础粒子成群运动形成的。
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暴胀引起暗能量及其他所有基础粒子产生量子波动,重力子也在暴胀时生成。重力子在与其他基础粒子的反应上比中微子更强,在暴胀结束后就完全不与其他物质发生反应,而且在以后直到现在仍然不与任何物质发生反应的持续它的宇宙之旅。这就是充满宇宙的重力子背景辐射,我们称之为重力波背景辐射。
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重力波的观测
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科学家们用干涉计来检测重力波的存在。干涉计是把激光用半透明镜片分成两束光线,让其各自反射后返回原点并再次重合的装置。如果有重力波通过,两束光线的路径长度改变,引起或者不引起光特有的干涉现象,由此便可以检测出重力波。如果能发现重力波背景辐射,它将成为宇宙开始发生过暴胀的直接证据。
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科学家目前面临的主要问题是,尽管设备已相当精确,但仍无法保证光束不受其他外界因素影响。为最大限度降低地球引力对实验产生的影响,防止光线因激光产生的温度而改变路径,科学家们不断对仪器进行改进。尽管科学家们至今还没有找到重力波存在的直接证据,但他们相信证明重力波的存在只是时间问题。
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图解时间简史:人人都可以读懂的霍金 观测重力波
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重力波是什么?
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1916年,爱因斯坦的广义相对论预言了重力波的存在,它能够穿透任何物体,发现重力波将可能为研究宇宙提供新的途径。
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物质的重量(重力)扭曲橡胶膜,物质周围(重力作用)时空扭曲。
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物质振动,时空扭曲像波一样传播,这就是重力波。
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重力波干涉计的原理
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将激光一分为二沿光路往复运动后再一次重叠。如果重力波通过,光路长度改变产生干涉(重叠的光变亮或变暗)或相反不产生干涉。
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图解时间简史:人人都可以读懂的霍金 12 创造宇宙的时间 普朗克时间
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