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爱因斯坦的宇宙——弯曲空间与引力波(4)
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2005-4-11

     下篇:这是一个波动的时空

   在平直的空间中,除了声音、光和原子物质的波澜外,我们再也不能想象还能有其它什么东西在波动。但真实宇宙中的确还有一种无处不在的“声波”从来没有被人类感受过,它是任何有质量的物体运动时都会发出的“声音”:小到绕核运动的电子发出的悉悉嗦嗦的声音,大到宇宙大爆炸远在一百多亿年前的那一声霹雳。它们是物质加速或者形变而激荡起的时空之网的颤抖。这个结论来自爱因斯坦根据弯曲空间的逻辑判断:任何可以被弯曲的事物在连续时间里都会形成波。池塘水面上的波纹,它们是水面形成的连续弯曲,我们的弯曲空间也一样,在弯曲过程中会形成时空的涟漪,人们叫它“引力波”。
   引力波处处存在,声波不在的地方,它也存在;光波不在的地方,它也能存在。引力波能以光速穿过真空,从太阳传向地球的引力波可以轻而易举地穿透地球,实际上,任何物质对它来说,都是透明的,物质对引力波的损耗极小,它一旦从源头传出,便会携带能量和波源物体的运动信息永不消失。总之,这种奇怪的波是人类打开的一扇从没 有打开过的未知窗口。
   引力波也非常容易产生,许多加速运动的物体都可以发射引力波:一个跳跃的小球,挥舞双臂的人,月亮围绕地球的运动……凡是有质量的物质加速运动都能发射引力波,但都太弱了。如果让一根长为20米,直径为1.6米,重500吨的圆棒以能够撕裂自身的极限速度(约为每秒28转)围绕自身中心点高速转动,它发射的引力波功率也不过只有2.2×10-19瓦,要探测这样微弱的能量变化,即使利用今天最先进的技术也是不可能的。月亮围绕地球的运动,行星绕日公转……都能发射引力波,但到达地面时引力波的功率甚至比圆棒实验产生的功率还弱。
 因此我们只能把目光投向宇宙中那些质量巨大的星体。 

     中子双星的死亡之舞

   宇宙间大质量天体的运动,是较强的引力波源。特别是一些双星体系,它们产生的引力波会更强大些。例如天狼双星在其附近产生的引力波功率可达到1.1×1015瓦,激起的引力波可以将附近一个太阳大小的恒星推开,但它们到达地球上时仅仅剩下1.3×10-24瓦,微弱得只能将一个电子震动。所以人们只能想办法间接地“观看”引力波的秘密。
   双星是一种典型的引力波源。引力波能把双星的能量慢慢带走,使整个双星体系的能量变小。结果,双星相互公转的周期越来越短,到最后发生碰撞融合事件,在引力波的作用下完成一节死亡之舞。人们在有生之年是无法观看到死亡之舞的全程的,但只要我们能证实双星周期变短确实存在,尽管没有直接测到引力波,也是对引力波理论的有力支持。这就是天体物理家目前采用的方法。
   幸运的是,1974年底,美国射电天文学家胡尔斯及泰勒发现了一颗名叫PSR1913+16的射电脉冲星正在跳着这样的舞蹈。这颗星与众不同,是当时发现的惟一一对含有脉冲星双星中的一个成员,它以每秒200转左右的速度自转,同时以不到8小时一圈的公转周期与它的伴星绕转。在这样的“二人转”中,它们因激起时空的巨澜而逐渐损失能量,结果是二者越来越近,转得越来越快,预计相互在距离500公里的时候,就会以接近光速的速度碰撞而融合,成为黑洞。在碰撞的瞬间,惨烈的程度是没有什么可以比拟的,现在只知道那是宇宙间最能掀起时空浪涛的事件,甚至是时空的海啸!即使这样,我们的仪器仍然需要改进才能在地球上感受到它们传来的消息。胡尔斯和泰勒在随后近20年的精密测量中发现,那颗脉冲星和它的伴星相互旋转一周所花的时间每10年就要减少4秒,或者每年相互靠近大约1厘米,估计3亿年之后,它们的间距就会缩小到迎来死亡碰撞的程度。虽然人类还没有直接听到中子双星走向死亡时发出的引力波尖叫声,但已经看到发出那种尖声的“口型”了。人类开始感受一种陌生的动荡,那种时空的波澜,让沉重的星体变得好像水面上微微荡漾着的树叶。

文章录入:jhshen62    责任编辑:jhshen62  
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