引力波的真正面貌揭秘 求解弱场引力波方程 张朝阳的物理课

引力波是什么样的？它的具体形式是什么？又该如何观测引力波的存在？

广义相对论的基本框架

张朝阳首先带领大家回顾了广义相对论的基本框架。广义相对论表明物质的存在导致时空弯曲。当探究粒子在弯曲时空中的运动时，可以放下其受到引力这样的观点，而直接地认为粒子需要在这弯曲的时空中走出一条最短的线。借助一个二阶张量即度规可以描述时空的弯曲。度规的一阶导数可以定义克氏符，进而可以描述基矢随坐标的变化。再对克氏符求一次导数并以与电磁波相比，引力波与物质的相互作用要弱得多，因此拥有极强的穿透能力，宇宙相对于引力波来说几乎是透明的。宇宙第38万年左右被称为再复合时期，在这期间电子与原子核相互结合，形成了原子。在此之前，可见物质主要以等离子体形式的存在，而电磁波与等离子体有极强的相互作用，这个阶段的演化信息很难通过电磁波的形式留存下来。比如现在能够观察到的宇宙微波背景辐射，是38万年以后留下来的灰烬。但是要注意到，引力波可以很好地

引力波的作用

引力波的作用主要有以下几个方面：

• 探测宇宙演化：引力波是宇宙中一种重要的信息载体，它可以携带宇宙演化過程中产生的信息，帮助我们了解宇宙的起源和演化过程。
• 检验广义相对论：引力波是广义相对论的一个重要预言，通过观测引力波可以检验广义相对论的正确性，并探索它的极限。
• 研究黑洞和中子星：引力波是黑洞和中子星合并等剧烈事件的產物，通过观测引力波可以研究黑洞和中子星的性质和行为。
• 探测暗物质和暗能量：引力波可以帮助我们探测暗物质和暗能量，了解这些神秘物质的性质和分布。

如何观测引力波的存在

观测引力波的存在主要有以下几个方法：

• 激光干涉法：这是目前最常用的观测引力波的方法，利用激光干涉仪来测量引力波引起的时空扰动。

• 脉冲星计时法：利用脉冲星的脉冲信号来测量引力波的影響，由于引力波的存在会改变脉冲星的到达时间。
• 引力透镜效应：引力波可以通过引力透镜效应来观测，利用引力波引起的时空弯曲来改变其他天体的成像。
• 宇宙微波背景辐射：宇宙微波背景辐射可以携带引力波的信息，通过观测宇宙微波背景辐射的偏振可以探测引力波。