引力波

引力波是指空間伸縮以波的形式向周圍傳播的一種現象,空間伸縮是一個不容易理解的概念,它是物理學家愛因斯坦在1916~1918年由理論推算出來的。

用手指觸動漂浮在水面上的一片落葉,會在水面上產生出一圈一圈向外傳播的波紋。與此類似,具有質量的物體作晃動所引起的空間變形也會產生一種向周圍傳播的引力波。與水波不同的是,引力波是在空間向四面八方傳播。而且,引力波是以自然界的最高速度光速(真空中的光速,約每秒30萬公里)傳播。


事實上,我們晃動身體也會產生引力波,只是這樣產生的引力波極其微弱,難以被觀測到而已。日本目前正在建造大型引力波望遠鏡(Large-scale Cryogenic Gravitational wave Telescope, LCGT)──「神樂(KAGRA)」,用來檢測質量非常大的高密度天體作劇烈運動時所產生的引力波。具體來說,是在兩個黑洞或兩顆中子星發生碰撞合拼,或者在超新星爆發等現象所產生的引力波。

那麼,能用甚麼方法來檢測引力波呢?現在用得最多的是「激光干涉儀」技術。激光干涉儀,簡單來說,就是把一束激光分裂為兩束,在不同的方向被來回反射,然後進行干涉的一種裝置。當有引力波到來時,空間發生伸縮,引起反射鏡的距離發生變化,檢測到這種距離變化就等於檢測到了引力波。引力波能夠穿透一切物體,因此,可以在地面檢測引力波,也可以在地底下檢測。

探索宇宙誔生之謎

進行天文觀測,看到遠處就等於看到過去。例如,觀測距離為10光年的天體,它發出的光要經過10年才會來到地球,因此我們觀測到的其實是該天體10年前的樣子。看得越遠就能看到過去更早的宇宙。但是,宇宙從誔生到誔生後38萬年之前這段時間對於光是不透明的,因此不會有那段時期的光來到地球。在宇宙誔生後38萬年以前,溫度非常高,不可能有原子存在,只有處於等離子狀態的單個電子和原子核充滿了宇宙。那個時代的宇宙就像是一團密不透光的黑雲。然而引力波卻可以透過那團「黑雲」來到地球,因而從原理上來說,我們可以利用引力波觀測到宇宙剛誔生出來時的樣子。事實上,現在就應該有當初宇宙剛誔生出來作急遽膨漲(暴漲)時期所發出的引力波來到我們的地球。

參考資料﹕《科學世界──2012年12月刊》

2 comments to 引力波

  • wen  says:

    那麼, 引力波是否會互相干擾呢? 例如星體的誕生或是結束, 一定充斥著各式引力波吧? 我亂猜的啦, 哈哈

  • kenleung  says:

    當然會互相干擾,質量愈大,干擾愈明顯。所以科學家需要利用黑洞之類強大的引力源作為探測對象。

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