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引力的速度为什么不可能是无穷大,我们是如何测量的

来源:整理 时间:2022-06-08 11:41:56 编辑:科技知识 手机版

某人的引力不需要时间,任意距离的两个物体之间的引力作用都是瞬间的。引力的速度就是光速。我们如何衡量它?在四种基本力中,引力是最弱的。那么科学家如何测量它的速度呢?在宏观世界中,物质之间的作用力主要是电磁力和引力,其中电磁力的本质是光子的交换,是我们观察周围世界最常用的介质,而引力一般产生于质量物体之间,是引力使它们相互结合。

引力的传播速度是光速,我们是如何测量的?

引力的传播速度是光速,我们是如何测量的?宇宙空间中的四种基本作用力是强相互作用力、弱相互作用力、电磁力和引力,其中强相互作用力和弱相互作用力是反映在微观粒子层面,分别是原子的结合力和核子产生衰变的作用力。而在宏观世界中反映出的物质之间的作用力主要是电磁力和引力,其中电磁力的本质是光子的交换,是我们观察周围世界最常用的媒介,而引力则是普遍产生在有质量的物体之间,是使之具有相互结合趋势的吸引力,

在四种基本作用力之中,引力是最弱的,那么科学家们是怎么测量出它的速度的呢?引力的本质1687年,牛顿正式提出了万有引力定律,从而将物体在一定的时间和空间的运动问题,以数学表达式的形式加以确定,而宇宙星体之间的运行也在此基础上得到了很好的诠释,根据万有引力定律,人们描述两个物体之间的万有引力,与它们的质量成正比、与距离的平方成反比,很多科学家根据牛顿万有引力定律,成功预言或者推测出了诸如哈雷彗星、海王星等天体的存在,为人类社会深入认识宇宙的形成和发展奠定了坚实的基础。

然而牛顿并未就引力的本质,即引力产生的原因作出说明,到19世纪时,世界经典物理理论体系已经基本建成,其重要标志就是以经典力学、经典电磁场理论、经典统计力学为3大支柱,在这种背景之下,物理学中迈克尔逊实验结果和以太漂移说互相矛盾的结果,向人们诠释了宇宙并未全部因“引力”而统一,势必还有更深层次的原因有待人们去探索和破解。

20世纪初,爱因斯坦提出了狭义相对论,其中有两条基本原理,其一是狭义相对论性原理,即物理规律在所有惯性参照系中都具有相同的表现形式,从而否定了以太假说;其二是光速不变原理,即在所有惯性参照系中,光在真空中的速度稳定保持一个数值,不会因惯性参照系的不同而发生改变,爱因斯坦的狭义相对论,将物体的运动、时间、空间统一了起来,并且将质量和能量进行了统一,据此推导出狭义相对论之下的质速方程、尺缩方程、钟慢方程、质能方程。

1915年,爱因斯坦又提出了广义相对论,在狭义相对论的基础上又增加了一条基本原理,即惯性质量等同于引力质量,指出在没有物质的情况,时空是平直的,而空间中一旦存在物质,那么质量就会使时空发生弯曲,认为引力产生的根源是时空的弯曲造成的,在广义相对论的基础上,爱因斯坦推导出了引力波的存在。从以上广义相对论的基本原理,我们可以看出,引力的本质其实并非直接由质量产生,而是间接通过质量,引发时空曲率的产生,使大质量物体周围的空间发生弯曲,然后周围物体沿着弯曲的时空运行,

引力波的发现刚才提到了,早在上世纪初,爱因斯坦就推导出了引力波的存在。其实,引力波的推导,是在广义相对论下应用洛仑兹不变性的结果,但是,由于引力是四种基本作用力中最弱的,根本不可能直接由仪器进行测量空间中每时每刻都存在的这种力。同时,宇宙中运动的物体,基本上是在各种引力作用下呈现平衡状态的运动模式,根本看不出在这种引力场环境中引力的波动,

那么,既然广义相对论中确认了引力波的存在,作为一种波,它也应该会有像波的特性,即引力源的质量发生大规模变动时,由其质量变化产生的时空弯曲改变,会直接影响引力波的变化,从而以波动的形式进行蔓延,就像水波一样,从中心到外围的变化需要一定的时间过程,引力波也应该会出现这样的变化,如果我们能够找到这种突变的情况,就会有可能侦测到引力波的存在,并且还会测算出它的传播速度。

2015年,美国激光干涉引力波天文台首次发现了两个黑洞合并引起的引力波事件。原理是两个观测隧道中的引力波对它们进行拉伸和压缩,使得隧道发生了非常轻微的变形。然后,用激光精确监测变形程度。9月,首次观测到目标区域的两个黑洞合并,随后引力波到达隧道。这是人类历史上第一次用仪器观测到引力波。

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