06.20 引力波和重力波還沒分清楚?進來看看不吃虧

今天看到頭條一篇科普文章,介紹了美國的"重力波"探測器如何觀測兩顆中子星合併,文章寫了好多,儘管作者也很盡心,但卻容易誤導讀者,因為“重力波”和“引力波”是兩個完全不同的概念,下面小編就介紹一下。

引力波

引力波,英文:gravitational wave,屬於天體物理學領域,是廣義相對論的一個現象,臺灣學界稱為重力波,英文中有時也寫作 gravity wave;但更多場合中,gravity wave是代表重力波(後面還要專題講解)。

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​關於萬有引力的本質是什麼,牛頓認為是一種即時超距作用,不需要傳遞的“信使”。愛因斯坦則認為是一種跟電磁波一樣的波動,稱為引力波。引力波是時空曲率的擾動以行進波的形式向外傳遞。引力輻射是另外一種稱呼,指的是這些引力波從星體或星系中輻射出來的現象。電荷被加速時會發出電磁輻射,同樣有質量的物體被加速時就會發出引力輻射,這是廣義相對論的一項重要預言。

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各種各樣的引力波探測器正在建造或者運行當中,比如 advanced LIGO(aLIGO)從2015年9月份開始運行觀測。可能的引力波探測源包括緻密雙星系統(白矮星,中子星和黑洞)。

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在2016年2月11日,LIGO科學合作組織和Virgo合作團隊宣佈他們已經利用高級LIGO探測器,已經首次探測到了來自於雙黑洞合併的引力波信號。

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目前,我國主要有三個大型引力波探測項目,一個是由中科院胡文瑞院士和吳嶽良院士作為首席科學家的太極計劃,它非常類似於歐洲eLISA計劃。

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另外一個太空計劃是由中山大學羅俊院士領銜的“天琴計劃”,相比較太極,它將位於地球之上的10萬公里軌道處,三個衛星的間距也是大約在10萬公里之上。

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位於西藏的阿里高原實驗室,用以進行引力波研究探測

第三個是由中科院高能物理研究所主導的“阿里實驗計劃”,阿里實驗計劃是在計劃在我國西藏的阿里地區放置一個小型但具有大視場的射電望遠鏡,從地面上聆聽原初引力波的音符。這些項目現在預研階段。

引力波研究的意義主要在於:1、廣義相對論以時空幾何來描述引力引力波的發現,代表了人類直接探測到了時空幾何的動態扭曲。 2、作為恆星演化的末態,黑洞是天文學中的一種重要物體。引力波讓我們詳細觀測到了其附近時空幾何的強烈彎曲和震盪。 3、進一步的引力波觀測,讓我們以全新的方式精確的檢驗廣義相對論,也開啟了觀察宇宙的新視窗。 4、LIGO等引力波探測實驗本身,代表了精密測量科學取得了重大進步。

重力波

重力波,英文名:gravity wave,屬於流體力學領域,是在液體介質內或兩種介質界面間(例如大氣與海洋間)的一種波,其恢復力來自於重力或浮力。

當一小團液體離開液麵(界面類型)或者在液體中到了一個液體密度不同之區域(液體內類型),透過重力作用,這團液體會以波動形式在平衡態之間擺盪。在液體介質內的類型又稱為

內波,在兩界面間的類型又稱為表面重力波表面波

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​天空飄來一朵漣漪狀的雲層,它給人的感覺像是海浪、沙漠、或是梯田。實際上,它是一種被稱為“重力波雲”的雲層結構。

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重力波雲是自然界中罕見的現象,與極光、赤潮、旋轉火焰、冰圈、雷暴、乳狀雲、冰錐群等合稱九大自然界“神蹟”。 這麼美麗雲層是怎麼做到的呢?顧名思義,這種雲層是由於重力波動所導致的。

在地球大氣結構中有這麼一個區域:空氣在垂直方向上的對流速度很小,平行於地表方向的流動速度很大,這個區域也被稱作大氣平流層

,我們的飛機就是在這一層次上活動。平流層下方是對流層,和平流層不一樣,對流層上垂直方向的擾動很大。

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簡單來說,就是在穩定存在的雲層中,一股上升的氣流突然進入會引起一陣擾動,然而由於重力的存在,重力會作為回覆力去平衡這種擾動,由此,形成了在垂直方向上的波動,也就是重力波。波動改變了雲層的動態曲線,從而誕生了這一印有重力波擺動足跡的雲層畫卷。這種波動通常會在遇到上升氣流或者是雷暴天氣中形成,這也解釋了為什麼層巒疊嶂總能出現在重力波雲層的映襯下。

重力波在全球氣象學、氣候學和中間層和平流層動力學中扮演重要角色,它也是中高層大氣最重要的動力學過程之一。

共同點

這兩種波是在兩個領域的不同現象,二者完全不在一個時空尺度,也不在一個理論框架之內,如果非要找共同點,那也能找到:

1.二者英文非常相似,而且很容易弄錯,一個是引力波(gravitational wave),一個是重力波(gravity wave)。

2.還有一個共同點就是他們都有引力的參與。

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