2016年2月11日,LIGO科學合作組織和Virgo合作團隊宣佈他們利用高階LIGO探測器,首次探測到了來自於雙黑洞合併的引力波訊號。聽到這個訊息後自己很興奮,連夜整理了相關概念和素材,並胡思亂想了一陣,以此自娛自樂!
(2016.02.12)
萬有引力
任何兩個物體或兩個粒子之間的與其質量乘積相關的吸引力。物體之間的這種吸引作用普遍存在於宇宙萬物之間,稱為萬有引力,簡稱引力。
狹義相對論
狹義相對論研究的是勻速直線運動的參照系的物理定律。它是在伽利略的參照系中引進光後的結果。按照愛因斯坦的理論,光速c才是絕對的,其他包括時間在內,都是相對的。所以光速是個臨界值,事物的速度達到它的時候,量變到質變,一切都變了。這個臨界值就像《易經》中講的陰陽互換一樣,總有一個臨界點,臨界點之前之後事物的屬性就完全不一樣了。
按照狹義相對論而言,物體運動時質量會隨著物體運動速度增大而增加(質速關係);E=mc²,質量本身就是能量;同時,空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化,即會發生尺縮效應和鐘慢效應。
廣義相對論
狹義相對論只討論勻速直線運動的參照系下的物理定律,但現實生活中肯定是有加速度的,也就是有引力(這裡的引力是指任何幫助物體加速度的力,而不是僅指地球引力)。所以,在相對論中引進引力,並在此基礎上應用等效原理而建立,就形成了廣義相對論。在廣義相對論中,引力被描述為時空的一種幾何屬性(曲率);而這種時空曲率與處於時空中的物質與輻射的能量--動量張量直接相聯絡,其聯絡方式即是愛因斯坦的引力場方程。
萬有引力是透過什麼介質作用的呢?一直沒有答案。物理中常見的幾種力,都有作用介質,但引力沒有。為此,量子力學引進了“引力子”概念,假象有這麼一種微粒子,在空間傳遞著引力,但一直沒有找到這種粒子,所以說服力不大。
為此,愛因斯坦提出了引力場。引力場就是像水中的漣漪,形成在有質量的物體周圍。空間被扭曲後,不再是平直的,那麼其他物體執行至此時,就會沿著彎曲的路徑前進,偏離原來的直線路徑。表象上,這彷彿被一種“力”作用。但其實,根本就不存在這樣的一種力,而只是空間的扭曲。引力場提出後,得到了三個著名實驗的證實:光線在引力場中彎曲;引力紅移;水星近日點的進動。上述這些驗證使廣義相對論逐漸被大家接受,但也只是間接驗證了引力場的存在,我們還沒有直接觀察到引力場。
引力波
愛因斯坦的廣義相對論認為,引力的本質是時空幾何在物質影響下的彎曲。只要有質量的物體加速,改變了空間形狀,其周圍扭曲的空間(引力場)就會產生波動,即引力波。引力的作用以波動的形式傳播,這就是引力波的由來。引力波的發現,更加直觀的證實了引力場的存在。
引力場是怎麼產生的
引力的本質是時空幾何在物質影響下的彎曲。我們現在證明了這種彎曲的存在,即引力場的存在。那麼,這種在物質影響下的時空幾何的彎曲是怎麼形成的?愛因斯坦沒有給出答案。
愛因斯坦的遺憾
愛因斯坦在提出狹義相對論後,想將牛頓的萬有引力定律包含進去,沒有成功,最後在狹義相對論裡引入了萬有引力定律,提出了廣義相對論。當廣義相對論提出後,量子物理學也同時誕生了。廣義相對論相對而言是研究宏觀世界的,量子物理學是研究微觀世界的,就像太極兩儀,一個是無窮大,一個是無窮小。廣義相對論在微觀世界卻並不適用,因此,愛因斯坦最大的遺憾是沒有將相對論和量子物理學合併,提出更完備的物理理論。如果這兩種理論能夠完美合併,將是物理學及人類科學上一次質的飛躍。
振動,宇宙最原始的符號
愛因斯坦的老師,量子理論之父——普朗克,對原子研究最後的結論是——世界上根本沒有物質這個東西,物質是由快速振動的量子組成!有形無形皆是不斷振動的能量,兩者的分別在於振動頻率不同,因而產生不同意識或形式的不同物質。振動頻率高的成為無形的物質,如人的思想、感覺和意識;振動頻率低的成為有形物質,如看得到的桌子、椅子、人體等等。有形無形皆是不斷振動的能量,兩者的分別在於振動頻率不同,因而產生不同意識或形式的不同物質。物質和能量像是處於一漸層連續體的兩極,一極為黑,一極為白,介於兩極之間是灰色,而這具有黑白兩極特色的灰色,包含著從偏白的灰色漸次發展到偏黑的灰色。人的靈體和肉體是同一件事,同屬一漸層連續體的兩端,正如是與非、善與惡、快樂與痛苦本質並無不同,分別只在於能量振動有所差異。
量子物理學與廣義相對論的分歧
按照量子物理學的理論,物質這種東西根本就不存在,廣義相對論存在的基礎就沒有了。或者說,廣義相對論只能是人類能觀測到的有形世界中的一種現象而已。按照量子物理學理論,有形世界和無形世界本質是一樣的,都是一種振動形式,只是振動的頻率不一樣。那麼,在這樣的基礎上,如果要討論廣義相對論,我們姑且可以這樣分類,把物質強分為兩類:有形物質和無形物質(姑且這麼叫)。那麼,引力可以分為三類(或許更多):有形物質與有形物質之間的引力、有形物質與無形物質之間的引力、無形物質與無形物質之間的引力。由此可見,廣義相對論只討論了這三種引力中的第一種,是非常不完善的。
有形物質的邊界
人們傳統的感官認識認為,有形物質的邊界是很明確的,可謂輪廓分明。但是按照量子物理學來講,有形物質其實沒有非常嚴格的量化邊界,從有形物質到無形物質是一個漸變的過程,振動頻率由低到高,直到過了臨界點,變成了無形物質(這非常符合《易經》中陰陽互換的漸變原理)。這無形物質(其實是一種頻率更高的振動)一直向外延伸擴散出去,可能就形成了引力場,只是這種無形物質(或頻率更高的振動)不能被發現而已。所以,所謂引力的本質是時空幾何在物質影響下的彎曲,這只是引力場存在的表象,不是其本質。因此,我們看一個有形物質的時候(不管這個物質多大或多小),應該還連帶想著它周圍還有一個漸變的,不能被直觀發現的振動場。就像一個人,他身體周圍就有氣場或能量場,一個桌子周圍就會有能量場,用特殊的儀器可以觀察到,就像我們用特殊儀器可以觀察到肉眼看不到的紅外線一樣,只不過不同有形物質的能量場大小不一而已。這樣我們就可以大膽的設想一下,不管是有形物質,還是無形物質,他們相互之間的引力就是這種振動的能量場作用的結果。——我們終於找到了物質之間引力的介質。
量子物理學與廣義相對論的完美結合
由此可見,宇宙中萬事萬物(不管是有形的,還是無形的)周圍都有這麼一個振動場,他們相互作用,交織在一起,形成了更為廣義上的萬有引力。不同的振動場相互影響,或產生共振,或相互抵消衰減,形成的波動就是引力波。只是引力波非常微弱,很難捕捉到。只有非常大的引力波才被人發現,就如此次人類發現的引力波。如果,萬事萬物之間的引力波都能被發現,將完全改變人類對宇宙法則的認識。