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pzzdm:什麼是引力波--給某些人掃盲。
送交者: pzzdm 2010年01月09日17:50:44 於 [教育學術] 發送悄悄話
今天偶然發現這個論壇,看了一下差點笑掉大牙。某些人連引力波是什麼都沒有搞清楚,就搬出來一大堆公式,算出來一個什麼結果,還牛牛的樣子,說霍金也不過就是一般SO SO啦。他算的那些公式,我看都不要看就知道是垃圾。因為什麼?因為他連引力波定義是什麼都搞錯了。從一個錯誤的前提,不管推理多麼ELEGANT,結果不用看,一定是錯的。另外還有關於黑洞蒸發的理論。黑洞蒸發跟引力波完全無關。如果有朋友想要知道黑洞蒸發是怎麼回事,我可以另外寫一篇比較淺顯的文章來講一下目前國際上比較公認的理論。
下面我來講一下什麼是引力波:
引力波(gravitation wave)是由於有質量的物體在空間中因為加速度引起的引力場的擾動。這個擾動以波的形式在真空中以光速傳播。
看到了?要產生引力波,不僅要有質量的物體(比如黑洞,或者地球,或者您本人),而且要有加速度。所以,一個在真空中靜止,或勻速直線運動的物體,是不會有擾動,也不會產生引力波的。不論此物體質量有多大。即使是黑洞也不行!

讀到這裡,知道為什麼有些人剛辛辛苦苦貼的引力波和黑洞蒸發的帖子是胡扯了吧?因為只有一個孤零零的黑洞,是不會產生引力波的。1993年的諾貝爾獎發給了
引力波研究的科學家。這些科學家(對不起我記不得他們的名字了)是如何研究引力波的呢?他們是根據脈衝雙星的研究。啥是脈衝雙星呢?脈衝星實際上就是中子星,也就是質量巨大的恆星爆發後留下的殘骸。中子星密度極大,跟原子核密度相仿,而體積卻極小。如果中子星是太陽質量的話,半徑大概只有10公里。當然中子星一般都比太陽質量大不少。因為只有質量達到1.44個太陽質量之上(這個叫做Chandrasekhar limit, 是由一個老印推算出來的,NB吧?老印還是
有兩把刷子的!),維持白矮星不塌縮的ELECTRON DEGENERACY FORCE才被擊敗,質量會時星體繼續塌縮成中子星。中子星是有PAULIE不相容來維持的。那麼這些科學家為什麼選中子星呢?原因之一,因為中子星質量大但是體積小。大家都知道,引力場的強度跟質量成正比,跟距離平方成反比。原因二,是因為很多中子星在兩個磁極向外放射高能射線,就是所謂脈衝。更着,中子星自傳很快,而且自轉速率穩定。所以中子星脈衝的準確性簡直跟原子鐘有的一拼。對於中子星脈衝的測量是很容易,很精確的。原因三,是因為少量中子星是雙星,而且是在距離很近的軌道上互相環繞運行。

這些脈衝雙星是最理想的發現和研究引力波的對象。大家都知道,引力場的強弱跟兩個相互作用的物體的質量之乘積成正比,而跟兩個物體的距離平方成反比。中子星質量都很大。某些中子雙星在很近的軌道上,所以引力場很強。因為引力波是因為引力場的擾動產生的,很強的引力場的擾動就很容易觀察到。具體的表現是,因為引力波的釋放,雙星系統的勢能會降低,這兩顆中子星會越來越近,直到某一刻相撞融合(BTW,伽瑪射線爆有長爆和短爆兩種形式。現在一般認為短爆大概就是中子星相撞產生的)。如果沒有引力波的流逝,這兩個中子星的軌道就不會有變化。這兩顆星就會永遠永遠在固定的軌道上互相運行。根據實際觀測,脈衝雙星的運行周期會逐漸變短(當然變化很小,很緩慢)。這就證實了有引力波造成的勢能流逝。

那麼,如上所述,在引力場中做加速運動,就會產生引力波。地球也在太陽的引力場中做加速運動(地球圍繞太陽轉,是一種加速運動),應該也會釋放引力波。不錯,不過地球質量很小,而且離太陽也比較遠(1億5千萬公里,比幾十萬公里遠多了),所以引力波釋放很小。據計算,經過幾萬億億年,地球會因為引力波引起的勢能流逝,落入太陽中。不過,那時候太陽早就出了主序列,變成白矮星了。甚至,白矮星都涼了,成黑矮星了。

那麼話題會到黑洞身上。單獨的黑洞會不會釋放引力波呢?答案是否定的,因為黑洞只是有極為強大的引力場,但是沒有物體在這個引力場中做加速運動。EVENT HORIZON之內雖然可能有物質仍然存在,並且在運動,但是因為時空彎曲成了一個封閉的體系,不論光還是引力波都逃不出來,所以即使有引力波也是無關緊要的。那麼,如果有圍繞黑洞運動的物質,比如星體,氣體,隕石或着另外一個黑洞呢?如果在這種情況下,就會有引力波釋放。能量流逝的結果是這些圍繞黑洞運動的物體最終都難逃落入虎口的命運。

看到了?引力波是引力波,黑洞的蒸發跟這個根本就是關公戰秦瓊,不是一回事。如果有人想了解黑洞蒸發是怎麼回事,我可以把目前流行的理論貼一下,跟大家探討探討。
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