引力波是什么?
引力波是怎样产生的呢?按照广义相对论就是相互环绕或相互作用的两个大质量天体(物体)各自形成的时空相互作用而产生的涟漪现象。也就是物体(物质)在自己周围产生的时空,在另一个物体产生的时空影响下,向四周跑掉了一部分,这跑掉的这部分时空就是我们说的引力波。可以说,引力波就是时空的流失,时空的损耗或扩散。
结果很明显,产生引力波的物体,由于时空流失了,质量自然就减少了,可见物体本身物质和其在自己周围产生的时空效应的时空共同构成了物体本身的质量。我们在远距离观测到的物体质量就是物体本身质量和其产生的时空所隐含的质量的和值。毫无疑问,物体一旦损耗自己产生的时空,这些被损耗的时空就永远的远离了,就再也回不来了。因此,引力波就是时空的流失,引力波隐含着空间和时间,引力波就是空间和时间的位移。比如,我们探测引力波的大型实验设施就是利用了引力波的空间效应原理。
根据广义相对论,我们已经知道了引力波的产生。既然物质会产生引力波,是否也会吸收引力波呢?不知道广义相对论是否有类似的结论?如果物质只会产生引力波,而不会吸收引力波,这就麻烦了,这意味着物质的时空效应是不可逆的,单向的,这似乎是很严重的问题,似乎有可能所有的物质都会变成时空,有形的物质就难以存在了。
其实如果抛开广义相对论理解引力波也许问题就简单了,用引力子概念代替时空概念,用引力子的疏密变化代替引力波(时空涟漪),引力波就是引力子的疏密变化。
物质为何有时会发射引力子,有时不发射引力子,引力子是什么情况才会被发射呢?到此,大家能不能想到引力子为何会被发射呢?物质在什么状态下才会发射引力子呢?我们在学习物理的时候,会遇到一个永恒的守恒原理,无论宏观微观,无论高速低速,无论质量或密度的大小,包括黑洞在内,这条守恒原理永远普适,大家想到是哪条守恒原理了吗?
这就是动量守恒原理或角动量守恒原理,所有情况下,所有的物质都要遵守动量守恒原理或角动量守恒原理。在经典物理学中,我们不需要深究动量守恒或角动量守恒原理是怎样遵守的,但是在需要使用狭义相对论的情况下,动量守恒原理或角动量守恒原理是怎样遵守的就值得我们深思了。
比如,一个物体被逐渐加速,速度在不大的范围内,不需要考虑相对论效应。一旦速度较大,就需要考虑相对论效应了。也就是被加速的物体质量随着速度增加而增大。物体质量的改变就是物体组成物质质量的改变,比如就是物质内部的原子质量的改变,这些原子在做着不规则的热运动,其必然遵守动量守恒和角动量守恒原理。原子质量增加以后,依然需要遵守这两个守恒原理。大家可以自己认真算算,感受这些原子是怎样遵守动量守恒原理的。在考虑相对论的质量效应以后,你会发现这些原子遵守动量守恒原理或角动量守恒原理是很困难的,几乎办不到。我们已经清楚,在相对论效应的情况下,动量守恒原理或角动量守恒原理依然是普适的,这就需要物质产生我们之前不知道的变化或行为,来遵守动量守恒原理或角动量守恒原理。在相对论效应下,物质为了遵守动量守恒原理或角动量守恒原理,产生了所谓的我们不知道的行为,这种行为其实就是发射引力子(引力波),改变自己的质量,从而遵守动量守恒原理或角动量守恒原理。不仅如此,同样的原因,物质为了遵守动量守恒原理或角动量守恒原理,也会吸收引力子(引力波)。可见, 所谓的引力波并不是只会产生,也是会被物质吸收的。换成广义相对论的说法就是,物质通过时空涟漪不仅会流失时空,而且还会吸收时空。
物质质量在相对论效应下的质量改变,还包括原子内部电子质量的改变。这些电子环绕原子核高速运动,其质量的改变,依然需要遵守动量守恒原理或角动量守恒原理,也是通过发射引力子改变自身的质量从而遵守动量守恒原理或角动量守恒原理。
因此,我们得出这样的结论;任何物质在加速的情况下,会向外辐射引力子,也就是产生引力波。任何物质在减速的情况下,会吸收引力子,依然是产生引力波。因此,引力波其实就是引力子疏密的变化。
在不考虑相对论效应的情况下,比如物质低速运动的情况下。电子绕原子核的运动依然是高速的,这些高速电子的绕核运动依然存在明显的相对论质量效应,为了遵守动量守恒原理或角动量守恒原理,这些电子依然会通过吸收或释放引力子而改变自身质量。组成质子或中子的夸克也应该有类似的高速运动(人们推测单个夸克的质量很小,但是组成中子的夸克质量,其实就是高速环绕运动情况下的夸克质量,明显增大了),其在遵守动量守恒原理或角动量守恒原理时,也会释放或吸收引力子。这也许就是宇宙空间引力子弥漫分布的原因之一。也就是在正常情况下,所有物质都有吸收或释放引力子的功能,并且是很稳定的吸收或释放引力子,由于引力子的吸收或释放很分散,很均衡,我们感觉起来,不像引力波。但这些引力子就是真空的核心物质构成,自然应该是电磁波的传播媒介。
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