引力波是怎么形成的
引力波是怎么形成的
引力波是愛因斯坦在廣義相對論中提出的，即物體加速運動時給宇宙時空帶來的擾動。以下就是學習啦小編給你做的整理，希望對你有用。
引力波的產生：
具有質量的物體變動時，會產生“引力波”
愛因斯坦用愛因斯坦場方程闡述了時間、空間與萬有引力的關系。由方程可知，“物質和能量的分布發(fā)生變化時，時空結構也將改變”。具有質量的物體運動時，物質和能量的分布將發(fā)生變化，從而導致時空結構的變化。
愛因斯坦認為，時空結構的變化將以“波”的形式傳播，這就是“引力波”。
引力波使得空間縱橫交錯地收縮或擴張
物體的質量和運動速度決定了引力波的大小。質量越大的物體以越快的速度運動時，形成的引力波越強。例如，兩個中子星共同組成雙星時的引力波就很強。
發(fā)出引力波的中子星聯(lián)星
中子星是幾乎完全由中子(構成原子核的粒子)構成的密度極高的天體。1立方厘米的質量高達10億噸左右。當兩個中子星圍繞著共同的引力中心運轉時，則組成雙星。
高密度、大質量的中子星所組成的聯(lián)星公轉時會連續(xù)不斷地引發(fā)時空彎曲，從而形成引力波，擴散到四面八方。而且，該時空彎曲會隨著兩個中子星的公轉連續(xù)不斷地產生，并形成引力波，擴散到周圍的時空中。發(fā)出引力波的中子星聯(lián)星
由于無法描繪三維空間的彎曲，因此，圖解僅僅描繪了水平方向的引力波。
研究表明，引力波在時空中傳播時，空間將會縱向或橫向擴張。如果能夠測量到空間縱橫交錯地收縮或擴張的話，就能觀測到引力波。
直接“捕獲”引力波相當困難
直接“捕獲”引力波是非常困難的。這是因為，引力波是自然界中最微弱、最不易察覺的波。雖然像中子星那樣質量巨大的物體在做加速運動時會輻射引力波，但是，在遙遠的宇宙中所形成的引力波對地球周圍空間的影響卻極其微弱。引力波在通過像太陽與地球那樣距離遙遠(1.5億公里)的兩個物體時，引起的空間變化(收縮或擴張)只相當于一個氫原子直徑(1.5×10-10米)的大小。
引力波的性質：
引力波以波動形式和有限速度傳播的引力場。按照廣義相對論，加速運動的質量會產生引力波。
引力波的主要性質是：它是橫波，在遠源處為平面波;有兩個獨立的偏振態(tài);攜帶能量;在真空中以光速傳播等。引力波攜帶能量，應可被探測到。但引力波的強度很弱，而且，物質對引力波的吸收效率極低，直接探測引力波極為困難。曾有人宣稱在實驗室里探測到了引力波，但未得到公認。天文學家通過觀測雙星軌道參數(shù)的變化來間接驗證引力波的存在。
例如，雙星體系公轉、中子星自轉、超新星爆發(fā)，及理論預言的黑洞的形成、碰撞和捕獲物質等過程，都能輻射較強的引力波。我們所預期在地球上可觀測到的最強引力波會來自很遠且古老的事件，在這事件中大量的能量發(fā)生劇烈移動(例子包括兩顆中子星的對撞，或兩個極重的黑洞對撞)。這樣的波動會造成地球上各處相對距離的變動，但這些變動的數(shù)量級應該頂多只有10^-21。以LIGO引力波偵測器的雙臂而言，這樣的變化小于一顆質子直徑的千分之一。
引力波的時空理論：
在歐洲引力波探測計劃中，科學家在德國漢諾威的GEO600引力波觀測站和意大利比薩的處女座(Virgo)引力波探測器處使用陸基引力波天線。德國漢諾威的GEO600引力波觀測站的干涉儀臂長達600米，是德英聯(lián)合項目;而處女座引力波探測器臂長更是達到3000米，是意大利、法國、波蘭、匈牙利四個國家聯(lián)合研究的項目。
根據(jù)相對論可知，高速運動的物體和宇宙中大質量的天體碰撞都會產生極強的引力波， 當這些引力波傳到地球上時會變得微乎其微，因此地球需要極高靈敏度的引力波觀測站來探測引力波。
科學家用激光干涉儀來探測引力波，這種儀器得機構由兩條互相垂直的長臂組成，長臂的兩端掛有兩面高反射率的鏡子，激光打入到儀器長臂后，從而激光束在鏡子之間來回反射。而科學家對此進行由于光程差引起的微小變化的檢測，這個微小變化僅僅有質子直徑大小。
此外，對引力波的檢測需要極其高的技術條件：比如隔離真空、隔離振動等。隔離振動包括外部環(huán)境致使的振動和內部設備引起的振動。
引力波監(jiān)測需要多個地面站同時工作，這些地面站的探測裝置都是相同的，這樣可以最大程度上來減小儀器測試產生的誤差;而在監(jiān)測過程中，必須同時接收同樣的信號，這樣可以避免受到地面信號源的干擾，從而保證引力波信號源的探測的精準性。
德國馬克斯普朗克引力物理研究所、德國漢諾威萊布尼茲大學的哈特穆·特格羅特博士通過監(jiān)測比較認為： GEO600引力波觀測站和Virgo引力波探測器在600HZ以上的中/高頻波段的靈敏度十分相似。這對科學家來說是一件非常有趣的事，科學家可以通過此波段尋找超新星爆炸所產生的引力波，并在此基礎上進行監(jiān)測，可以節(jié)省時間和提高監(jiān)測效率。
伽馬射線是最強的引力波來源之一，而中子星或黑洞也都是引力波極佳的探測源。不過即使是中子星或黑洞碰撞所傳到地球的引力波信號也非常微弱，因而能監(jiān)測到的概率非常小。