引力波是空间涟漪,那它能让物质扭曲变形,让人变高变矮吗?

有关引力波的问题,我们先简单说一下引力,引力作为四大基本力中最弱的力,虽然它弱,但它相较与其他的力在我们的生活中更为普遍,不论我们睁眼还是闭眼,引力都把我们牢牢控制在地球上。所以引力就成为了我们人类最先知道、最先解释的一种力,目前看来也是最不了解的一种力。

牛顿对引力的描述

在17世纪的80年代,牛顿首次为我们描述了万有引力的奥秘。也为我们提供了绝对不变的时空观念,在牛顿引力的引导下,我们成功地解释了日常生活中所能预见的所有力学问题。更为天文学家理解行星轨道运动提供了理论依据。

1781年有一件事点燃了科学界对天文学的热情,那就是威廉赫歇尔发现了一颗新行星——天王星,此时人们根据牛顿引力和开普勒行星轨道定律可以完美地描述太阳系内其他行星的轨道,但在天王星上就发现了不对劲。

天王星轨道的近日点和远日点实际观测数据和理论预测不一致,当时人们就觉得,这天王星轨道外肯定还有一颗未知行星。

1846年人们就在预测的位置不到1°的地方,发现了海王星,因此海王星就是人类通过笔尖发现的行星,也是牛顿引力最为辉煌的时刻,一切都预示着牛顿引力的完美无缺,但是随着人们观测技术的进步,我们发现了水星轨道的异常进动问题,和牛顿引力预测总是每世纪相差 43.11角秒。就这一问题,困扰了天文学家几十年,甚至有人试图修正引力公式,预言在水星与太阳之间可能存在一个行星,连名字都想好了称为“火神”,但事实证明这一切都是徒劳。


广义相对论的预言

1916年爱因斯坦正式发表了它的广义相对论,不仅解决了水星轨道进动问题,更是为我们带来了全新的时空观,从根本上解释了引力的本质问题,广义相对论告诉我们:质量或能量的存在会弯曲时空,而弯曲的时空就决定的物质的运动方式。同时也提出了像光线经过大质量物质会发生弯曲,引力透镜,引力红移,当然也包括引力波!这些预言都在后来的观测中得到了证实。

引力波是咋来的?

我们知道带电粒子在磁场中运动,会发出电磁辐射或电磁波,爱因斯坦预言,大质量物质在空间中加速运动会对空间产生振动,也会向外发出引力波。那么在我们的日常生活中任何具有质量物体之间的引力无处不在,任何物体的突然运动都会产生引力波。

但是由于小质量物体的引力非常非常弱,我们是无法感受到的,目前我们最先进的仪器也无法检测到地球绕太阳运行产生的引力辐射。但引力波确实是无处不在。

在2015年9月14日,LIGO侦测到两颗黑洞合并产生的引力波,当然这也击中了地球,甚至击中了我们每一个人。

那么引力波经过时会发生什么?

引力波是时空的涟漪。当波经过时,它会沿一个方向拉伸空间和所有的事物,并沿另一个方向压缩所有的事物。

由于引力波非常微弱。例如,在2015年的引力波袭击我们的时候,我们每一个人在引力波的作用下都发生了拉伸和压缩。即使我们有一个五公里长的激光探测器,也必须把探测器的长度测量精到不到原子核半径的千分之一。那么引力波是如何向一个方向拉伸,向另一个方向收缩的。

根据爱因斯坦的理论,我们的宇宙实际上是由空间结构构成的。现在,我们可以想象一张网。然后,将网沿X方向拉伸,我们会看到网向Y方向收缩。空间结构中的涟漪,即引力波,在一个方向上扩展空间,在另一个垂直方向上收缩空间。

如果你的身高是1米,2015年9月14日的引力波从头顶击中你,你的身高会下降0.000000000000000000001米(小数点到1之间有20个零)。你的身高会变成0.999999999999999999999。不仅是你的高度,就连整个地球都会在那一刻收缩和膨胀。

因此,如果引力波足够强,我们就可以看到空间扭曲,物体扭曲,大气失真。不过我们应该不会体验到这种现象。