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。粒子在弯曲时空中的运动不是受到引力这样的外力,而是沿着时空中最短的路径运动。可以使用一个二阶张量,即度规,来描述时空中弯曲。
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特定方式进行组合,可以定义空间的黎曼曲率,时空是否弯曲正由黎曼曲率来决定。
黎曼曲率实际上由度规的二阶导数组成,如果黎曼曲率为0,说明时空是(局域)平直的,在20世纪七十年代经过对双中子星缠绕现象的观察而被间接证实。
2015年9月14日,人类首次真正地观测到引力波。自此之后,人们发现了越来越多的引力波事件,更精密更庞大的测量设备开始被建设,开启了引力波天文学的新时代。
引力波的可观测效应
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。利用测地偏离方程可以介绍引力波导致的可观测效应。
测量地球与月球之间的距离就可以检测到引力波的存在。引力波导致地球和月球沿法向量振动,这一效应可以通过激光干涉仪来探测。
结论
引力波是时空弯曲以波的形式传播的现象。它们是宇宙中的重要信息携带者,具有极强的穿透能力。通过对引力波的可观测效应进行研究,我们能够深入了解宇宙的起源和演化。
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