引力波和电磁波有哪些共同点?

Royal_往事随风


导读:本文摘自独立学者灵遁者物理宇宙科普书籍《变化》。旨在帮助大家了解物理宇宙科普知识。引力波与电磁波会发生相互作用吗?此文说的明白

先来回答第一个问题,引力波与电磁波会发生相互作用吗?? 要回答这个问题首先要明白什么是引力波,什么是电磁波。以及它们的特点。

引力是一种时空性质,对一切有质量的物体产生作用。

引力波是一种时空涟漪。

电磁波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性。电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电磁场。电磁波在真空中速率固定,速度为光速。

电磁力是电荷、电流在电磁场中所受力的总称。也有称载流导体在磁场中受的力为电磁力,而称静止电荷在静电场中受的力为静电力。

上面是关于引力和电磁李的相关基本定义。从探测引力波的过程,我们可以得到引力波有两个个非常重要的特点。

1、引力波应变效应,即当一个引力波通过一个观测者的时候,因为应变(strain)效应,观测者就会发现这个时候时空被扭曲。当引力波通过的时候,物体之间的距离就会发生有节奏的增加和减少,这个频率对应于这个引力波的频率。这种效应的强度与产生引力波源之间距离成反比。人类就是靠这种效应测到的引力波!

2、引力波能够几乎不受任何介质阻挡的穿过行进途中的天体。

以上两个特点是电磁波所不具有的特点。比如说电磁波在行进过程中会被星际物质所影响。最常见的例子,就是太阳光,紫外线可以被云层反射,吸收等等。

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而且最最重要的一点是引力,引力场都是时空性质。引力波是时空涟漪。而电磁力,电磁波,电磁场不是时空性质,电磁力是时空中的一种基本力,一种电磁现象。

所以我说引力是宇宙中最根本的力!说引力不是基本力的观点是错误的。比如韦尔兰德引力假说,就认为引力不是基本力,是突发力。

综合上面的观点,显然引力波不会与电磁波发生纠缠和作用。也不会和电磁场发生纠缠和作用。

左图为:麦克斯韦。

可是有的同学这时候不服气了,站起来问了一个问题:光是一种电磁波,可以被大质量物体偏转。甚至在黑洞附近,光是无法逃逸的。这不就是引力使得电磁波偏转吗?不就是引力对电磁波有作用吗?那么引力波和电磁波不也会发生作用吗?

首先是这样的,引力波和引力是两个概念。引力是一种时空性质。引力波是时空的涟漪,说白了就是时空剧烈震荡的表现,不是一种性质。

性质是与生俱来的,不管什么条件,什么环境下都存在。引力波出现和表现是需要条件的,对于它的探测更是难上加难。所以引力波和电磁波是不发上纠缠和作用的。

接着来回答引力和电磁波有纠缠和作用吗? 这个时候上面的问题就变的严肃起来了,任谁都不敢忽略这个问题。

理论上可以这样说,任何温度在绝对零度以上的物体都向外辐射电磁波。电磁波是由一些基本粒子组成的,有质量。以光来说,光是一种电磁波,光也是一种质量波。

那么大质量天体使得光偏转,是引力对质量波作用,还是对电磁波作用?

答案是这样的:引力是一种时空性质,对凡是有质量的物体都起作用。那么光有质量,引力自然就使得光偏转了。也就是说引力不认识你是谁,什么电磁波,水波,声波等等,它不管你是什么,只要你携带能量,携带物质就会对你产生引力作用。

可是这位同学还是不解:虽然它对质量产生作用,可是这些质量波就是电磁波啊。电磁波也明显在引力的作用下偏转了。

答案继续:引力是对质量产生引力作用,不对物质的电磁性质产生作用。如果对电磁场,电磁波的性质产生纠缠和作用,那么电磁波理论就需要修改。

但本质上来说,虽然引力不会电磁性质产生纠缠和作用,但对电磁波是有作用的。因为就像上面说的,电磁波也是一种能量,是一种物质,所以引力对物质作用是理所当然的。现代物理理论,没有这样解释,我觉得应该有修正。

我不知道这样解释,大家明白了没有。还有一点,估计有的朋友会迷糊。我说引力是时空的性质,时空又是一种能量时空。也就是凡是具有能量的物质就会有引力作用。

现在又说凡是具有能量的物质就会有辐射。然后引力也不与电磁波,电磁场发生作用。那么会不会引力其实也是一种电磁波?

这个问题是对我前面的章节,一个朋友的疑问。确实是一个值得思考的问题。任何物体具有引力,任何物体又具有温度,具有的温度任何物体又会辐射电磁波。

但两者不是一种东西,是有本质区别的。引力是引力,电磁是电磁。

【引力】是时空性质,是最根本的。【电磁现象】是物质性质。时空是由时间,物质,空间构成。而单纯的物质,只能说受时间,空间的影响。还有现实中通过很多的实验,我就能从经验上就知道两种力是不同的力。

比如根据与场源的关系,电磁波可以分为束缚电磁波与自由电磁波两种。束缚电磁波主要集中在场源附近,以感应场的形式存在。它的能量不仅在电能与磁能两种形式之间转换,也在场源和周围空间之间转换,但没有功率向远处传播。

自由电磁波的能量能够脱离场源,以电磁波的形式向远处传播,其电磁场称为辐射场。在场源附近,束缚电磁波的能量远大于自由电磁波的能量,而在远离场源的地方,后者的能量远大于前者。

电磁辐射与场源的频率有关,当产生电磁波的振荡源的频率提高到使其波长可与天线(辐射器)的尺寸相比拟时,辐射能量就显著增长。辐射的强弱还与波源的形状及分布有关。感应场的范围与波长有关。

而引力没有这些七七八八限制,引力场也不会分近场,远场。你也不能拿一把铁屑来展示引力场的样子。更不会出现南极,北极之说。所以两者不一样的东西。

还有一点要给大家补充,只要带有质量的物体就会发生引力作用。就意味着电磁波和电磁波是会发生引力作用。只是这种作用微乎其微。在量子力学领域一般忽略不计。

以上内容就是关于引力,引力波和电磁波的关系和理论内容。

摘自独立学者灵遁者物理宇宙科普书籍《变化》


灵遁者国学智慧


引力波与电磁波都满足线性波动方程,这是一个共同点。

当然了,电磁波是天生就是线性的,而引力波则是做了线性近似以后才变成线性,所以它们在本质上还是有所不同的。

另外,引力波与电磁波都以光速运动,这是它们之间的另外一个公共点。当然这也很好理解,这主要还是因为引力子与光子的静止质量都等于零,因此它们不得不以光速传播。(不过,至今引力子还没有被探测到)

还有一个共同点也是不得不说的, 那就是引力波与电磁波一样都携带能量。这个表面上看起来好像是废话,但是,要证明电磁波携带能量很容易,要证明引力波携带能量却是非常困难的,连爱因斯坦都不会证。为什么?因为引力场的能量本身就是一个很难的理论问题,主要的困难当然是来自于所谓的等效原理——一个自由下落的观察者是探测不到引力场的能量的。

最后一个共同点,则是引力波方程与电磁波方程一样,都有共形不变性。所谓共形变换,其实就是一种保角变换。关于这部分其实在比较高级的理论物理中都会讨论。可惜我已经离开理论物理这个领域很多年,很多知识点已经忘记了,具体对这点也说不出更多的内容。但我相信这也是一个共同点。

以上4个共同点肯定刻画了电磁波与引力波的性质,当然还可以继续寻找新的共同点,我这里就不多说了。


作家张轩中


引力波和电磁波是有本质区别的,在天体物理学中,引力波是指时空弯曲中的涟漪,只有大质量天体涉及的事件才会引发引力波,引力波是通过波的形式从辐射源向外传播,而且能量巨大,能够传播十多亿光年。但是到数十亿光年之外,引力波就非常微弱了,这就像水波那样,距离辐射源越远,那么波的能量就越低。

引力波以引力辐射的形式在宇宙中传播,是时空结构本身的变化,与电磁波的传播方式是不一样的。1916年爱因斯坦发现并预言了引力波的存在,但是直到前些年我们才发现引力波。电磁波就不一样了,是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射,形成的震荡粒子波,以波动的形式传播,其本质是电磁场,具有波粒二象性。从这个角度看,电磁波和引力波是截然不同的,因此探测的方式也不同,这就决定了引力波的发现是很晚的,电磁波的发现较早。引力波和电磁波共同点在于都可等价光速传播,都在宇宙中传播,都可以出现能量衰减,随着传播距离的增加,能量衰减的现象是可预见的。

另一个相同点在于引力波和电磁波可同时从某个天体事件中产生,比如最近几年,在天文界引发过轰动的引力波事件,是因为两个黑洞合并所发出的引力波,而当中子星合并时,它们也应该同时产生引力波和电磁信号,也会被探测到,GW170817就是这样的一个例子,中子星合并中电磁波和引力波也是几乎同时发射。


川陀太空


谢谢邀请,引力波和电磁波有哪些共同点?首先,二者都具有波动性,都具有波的一些性质,例如频率、波张、周期等。另外目前物理学普遍认为二者的传播速度都是光速(目前也认为光也是一种电磁波)。

另外关于引力波是相对论提出的,相对论认为引力波是时空的涟漪。但引力波不是只有大质量天体才具有的,小物体也一样具有引力波,只是非常微弱而已。当大质量天体距离我们非常遥远的时候,这种时空的涟漪传递到我们这里的时候也非常微弱了。

以第二次引力波被探测到为例:第二次探测到的引力波信号编号为GW151226,它是在2015年12月26日国际标准时03:38:53探测到的,信号显示,两个质量分别为大约14倍和8倍太阳质量的黑洞在合并之后形成了一个质量约为21倍太阳质量的黑洞,显示有大约1倍太阳质量的物质被以引力波的形式释放出去,距离我们大约14亿光年。


首先我们来计算一下,这两个黑洞对我们会有什么样的影响。太阳质量是1.9891*10³⁰千克,为了方便,我们计算中取2*10³⁰千克。这样两个黑洞的总质量就是22倍太阳质量,也就是44*10³⁰千克,以下内容以(44*10^30表示44乘以10的30次方,其它类推)。一光年是94605亿千米,这样14光年就是1324470亿公里,14亿光年就是1324470亿亿公里。

这样两个黑洞对我们地球上一千克的物体A的引力有多大呢?根据万有引力公式F=G*(M*m)/(r*r),就可以知道F=G * (44 * 10^30) / ((1324470 * 10^16 * 10^3) ^ 2) = 25.08236 * 10 ^ (-20) * G,G是万有引力常数。


这个引力的大小是什么概念呢?这就相当于物体A距离1000公里处一个0.25毫克的物体对A的引力,为什么会是这么小?我们还是通过万有引力公式来计算一下吧,0.25毫克换算成千克就等于0.25 * 10 ^(-6)千克。

F= G * (0.25 * 10 ^(-6) * 1) / ((1000 * 10^3) ^2) = 25 * 10 ^(-20) * G。

这两个22倍太阳质量的黑洞造成的引力影响仅相当于距离我们1000公里外0.25毫克物体的引力,也就是说如果想要再次探测引力波,只需要在地球上做实验就行了,不知道为什么非要探测远在几亿甚至几十亿光年以外的黑洞合并的引力波,当然也只有一个理由,那就是为了证明引力波的速度与光速是一致的(或者说相差不多的),这样在地球上就没有办法做实验了,如果仅仅是为了证明引力波的存在,仅在地球上就可以做这个实验。

以上内容仅仅是个人见解,水平有限欢迎指正。


九心逍遥


引力波是最新发现的一种宇宙间表现出来的一种特殊现象,就是在两个小黑洞之间发生的两个波动,最后是两个璇转成一个引力波,就像是两个不同的物体作的反向璇转一样,最终结果是两个头变成一个头,这时候要是拉进去什么东西,都将被这种引力波惊动粉身碎骨。比起电磁波,引力波似乎要强烈得多,电磁波是根据电磁场的规律,作一定规律的运动,而引力波却是很难得一见的,中国的天眼能够看到引力波运动,说明当年爱因斯坦的判断是完全正确的,引力波的运动方向似乎与人们的认识相反,正是两个头的运动方向的不一样,最终才会璇转到一起,并在运动中逐渐消失。这就是宇宙在运动过程中的一个特殊现象,因为除了宇宙本身按照一定轨迹运动之外,它的内部都有物体在运动着,这就是引力波产生的原因。宇宙间还有许多问题,正在被人们认识,这种认识虽然只是证明它们的存在,但是,说明人类的智慧无穷无尽……


6353902879


引力波是由转动的引力场粒子团组成,电磁波是由转动的电场粒子团组成的。引力波是由于物体的转动产生的,没有物体的转动就没有引力波。电磁波是由转动的电场产生的。他们都是横波,不是纵波。他们的传播速度都是 C.都能产生干涉和衍射。他们的能量跟他们的频率成正比。组成电磁波的电场粒子团被打散后看产生电场,电压如光伏电池。组成引力波的转动的引力场粒子团被打散后可以产生万有斥力。引力波为什么会让物体产生振动,因为引力波波峰处的引力粒子团撞到物体上被打散,形成斥力,在波谷时由于没有引力场粒子,当波谷撞到物体会使物体外围产生一个无引力场粒子的真空从而产生引力。这样就产生了振动。


塔河胡杨4


除了都是以光速传播外基本没共同点,电磁波是麦氏方程的线性解,引力波是场方程的一阶近似解,严格解因爱氏场方程非线性太复杂没人能解的了,那天解开了估计也非线性的,最大不同是:电磁波是在时空中传播,引力波本身就是时空在传播。


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