03.06 人類怎麼才能發射引力波?

科學無止境


發射引力波其實十分簡單,比發射電磁波簡單得多!廣義相對論告訴我們,有能量動量的物體就可以通過週期運動產生引力輻射!換句話說,天體的週期性公轉、物體的自轉都能產生引力波。好了,問題來了,既然引力波這麼容易產生,為什麼人類卻如此難以發現引力輻射呢?原因全在於引力場是基本相互作用裡面最弱的場!!引力場的耦合常數比電磁場的耦合常數弱四十個數量級。而輻射功率和耦合常數是正相關的,這就導致一般的天線就能輻射出很強的電磁波,但是要想輻射同等強度的引力波,必須是質量極其巨大的天體才行!因此,人類如何發射引力波這一問題的答案是——幾乎無法做到!

要想獲得很強的引力波就必須要用極強的引力場。題主可能不信,沒關係,我來告訴你一個例子:木星是太陽系質量最大的行星,但是它公轉時產生的引力輻射只能點亮幾十個一百瓦的白熾燈!可是為了獲得這麼點引力波,我們的代價卻大得驚人!因為木星的質量是地球質量的318倍,也就是說把全地球上的資源都用來搞引力輻射都是遠遠不夠的!當然,引力輻射也和轉動有關週期,一般引力輻射功率正比於轉動週期的負六次方。可是如果一個天體的轉動週期太短,所需要的束縛力就得足夠大。這樣的代價也是驚人的。目前能夠輻射明顯引力波的天體只有中子星和黑洞。而一顆中子星如果造訪地球了,那麼地球必定遇到滅頂之災!因為中子星的引力十分強,可以將地球的地殼完全剝離掉,那時候世界末日就到了!

以上討論是基於經典引力論,難道就不能借助量子引力來獲得引力波嗎?這個想法腦洞夠大,但是也是很難行得通。原因還是引力場太弱。引力子比引力波更難被人類“製造”出來。原因是引力子是引力場的傳播子,要想獲得引力子就必定涉及到引力子與其他粒子的相互作用。可是引力場的耦合常數如此之小,小到都可以認為引力子根本就不和其他粒子相互作用!要想實現引力子和其他粒子的明顯作用,只有通過提高能標,讓引力耦合常數跑動起來,跑到可以和電磁場耦合常數相提並論的地步。但這時候的代價更可怕。因為這個能標是普朗克能量,它也是足夠大的東西,如果我們要想達到這個能標,除了要消耗大量的能源,還是要消耗大量的金錢,更要面臨很大的危險:如果普朗克能標下的物理定律真的像超弦理論描述的那樣,那麼由於碰撞而產生黑洞就不是不可能!那麼結果可能是引力波我們沒有製造出來,卻讓黑洞把我們吞噬了!

因此,題主的想法過於幼稚,而且盲目樂觀!目前來說,引力波僅僅是作為天文探測工具使用,並不作為電磁波的替代品!


科學聯盟


只要是有質量的任何物體,它的周圍空間都會存在引力場。



當一個物體的質量增大或者減少,它周圍的引力場也會增強或者減弱。這種增強或者減弱的引力場,由近及遠的向外傳遞就形成了引力波。


由此可見,一個物體質量增大或者減少,都會產生引力波。一個物體的質量如果不變,但它在運動時也會產生引力波。

例如,在汽車上裝貨物或者卸貨物的過程中,汽車的質量不斷增加或者減少,汽車周圍的引力場也會不斷增強或者減弱,這種不斷增強或者減弱的引力場傳遞到距離汽車很遠的地方就形成了引力波。


又如,質量不變的一輛汽車靠近我們時,我們周圍汽車的引力場會越來越強。遠離我們時,我們周圍汽車的引力場會越來越弱。由此可見,質量不變,運動的物體也會產生引力波。

綜上所述,任何質量變化的物體或者運動變化的物體都會產生引力波。


根據以上原理,人類向某個地方發射引力波也有兩種辦法: 一是使一個物體的質量不斷增大和減小,遠處的物體就會接受到這個物體發射的引力波。二是使一個物體靠近或者遠離遠處的物體,遠處的物體也會接受到這個物體的引力波。

敵人的飛機或導彈高速侵入我國領空時,客觀上就產生了引力波,隨著科學技術的發展,我們可以根據探測到的飛機和導彈的引力波,識別飛機或導彈的速度、質量和種類。



去年美國第一次探測到了引力波,相信我國也在不遠的將來會探測到引力波。


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首先應搞清楚引力波是什麼。由廣義相對論可知,引力波是時空點上的曲率(無物理量綱)的變化信息,由能量傳播出去,形成的能量波。而任何兩物體互相圍繞運動必然引起時空各點上的曲率發生變化。這樣宇宙中應當充滿了引力波,而且類似電磁輻射一樣,只要是加速運動也同樣輻射引力波。

既然物質廣泛輻射引力波,則物質質量必然轉化為能量輻射出去。那麼,引力輻射能量與電磁輻射能量一定不一樣,即它不是由光子攜帶能量輻射出去,應該是由所謂的引力子攜帶能量輻射出去,也就是說,引力子能量形式一樣不同於光子的電磁能量形式,否則,可以由電磁輻射來產生引力輻射。這樣看來,自然界中至少存在兩種能量形式,應該物理量綱相同,但區別在哪兒呢?如果力是由粒子的自旋張量定義,能量或許有同量綱不同形式。能量由速度的平方可看出其可以形成一個二階張量形式。能量可以經過張量縮並運算形成。

那麼,各種力是不同類型的張量或粒子(粒子也可由自旋張量定義)碰撞(各種張量運算)形成。

如果這個猜測成立。引力波產生應當是由互為協、逆變張量(粒子)縮併成零階張量。例如,兩束同源激光調製成偏振相差180度,然後準確碰撞。那麼,將以這樣方式產生引力波。

另外,正反物質的湮滅過程是由電荷決定的,即帶電費米子可以完全湮滅為能量,中性不帶電費米子則不能被湮滅。中子只能在夸克級別以下才能完成湮滅。每個物質層次的粒子都會出現一箇中性粒子。如果夸克可繼續分割,則必包含一箇中性粒子。

人類想要利用引力波作動力,只能在微觀領域,先產生量子效應的條件下,然後,再通過進一步的“非線性操作”,才有可能獲得相當大的引力輻射。總之,引力波輻射必須在極小的時空上進行“質量湮滅”。


譚宏21


引力波實際很好發射的,就是大小的區別。根據目前天文觀測到的雙中子就因質量過大,可引起時空彎曲。兩個中子星引起的時空彎曲,在他們相互圍繞旋轉中,就會導致,時空漣漪不斷的向外發射就形成了引力波。如果是兩個人在不停的旋轉,也會發射引力波,只不過是比較弱而已。


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