
我尽可能保持专业性,但是少提专业词汇。希望对大家有所帮助。
一、简单说版本。
想象一片宁静湖面,船在中央,把下面的水压下去了。船移动时,另一片水被压下去,泛起一片片涟漪。
把我们的时空看成一片湖面。根据广义相对论,每个有质量的物体都是“时空湖面”中的“船”,“船”移动时,时空也会泛起涟漪。这时空的涟漪便是引力波。
ps:我们的“时空湖面”是4维的,3个维是空间,1个维是时间。
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二、详细说版本。
让我们唠唠广义相对论,从时空的角度来理解引力,引力波就很好理解了。
1.引力和惯性是一回事。
如果我从高墙跳下来,会受到地球引力。如果我在宇宙飞船里,飞船向“上”加速飞行,我也会因为惯性,向飞船底部坠落。然而,我没办法从体会上分辨哪个是重力,哪个是惯性。正因如此,爱因斯坦大胆假设:引力和惯性力是一回事。
公交车加速时,我差点摔倒,其实并没有施力者把我拉倒,而是我所在的空间在移动。我们都知道,“惯性力”其实不是力,而是参考系速度变化时的假想力。惯性力不是力,可以用坐标系变换轻松搞定。
既然引力等效于惯性力,惯性力不是力,爱因斯坦又大胆得出:引力也不是力。
2.引力是质量导致的时空弯曲。
不是力,那是什么?
好端端的力没有了,他只好拿参考系下手了。参考系?说高端一点,就是时空咯。
他说,引力是质量物体导致的时空弯曲,好吗?
好的。
他数学好,活生生把这个想法用几何给表达出来了。我们不谈公式,就举两个栗子,理解一下。
栗一,苹果从树上掉下来砸到牛顿的头,那不是受到重力做匀加速运动,而是没有受力、做匀速直线运动!因为在广义相对论的时空里,越靠近地面,时空变化越厉害(空间扭曲、时间变短)。
栗二,地球绕太阳公转,不是受到太阳吸引力做圆周运动,而是没有受力、做匀速直线运动。因为广义相对论的时空里,太阳把地球的时空给掰弯了,地球的世界就是一个圆。。。
3.质量物体变化导致扰动,传播靠引力波。
我们的宇宙里有很多有质量的物体,这时空就像是一个弯弯曲曲的大网。
当有质量的物体运动时、质量变化时,它导致的时空弯曲程度也会变化。近水楼台,离它最近的时空弯曲程度先变化,然后传播至整个时空。传播这个扰动的,就是引力波咯。
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三、引力波与声波。
引力波是时空波动的传播,声音是空气振动的传播。咦!引力波和声波是不是有点像啊?
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感谢杜帅、安雨森指正,我对几处错误进行了修改。
ps1:有些比喻,比如“地球的世界就是一个圆”,这样的说法不准确,但形象一点;比如“引力和惯性是一回事”,应该说引力和惯性力等效,在局部不可分辨。
ps2:牛顿的引力理论在低速、小质量条件下近似成立。
