李龙臣 2007年04月08日 13:37
引力波概念
我们都知道电磁波，那是物体的电磁辐射。静止的电磁场辐射电磁波，加速运动的电荷也会辐射电磁波。我们也知道，物体都有引力，会产生引力场。爱因斯坦在发表广义相对论后不久，预言引力场具有波动性质的引力振荡，加速运动的质量（引力源）也辐射引力波。由于电磁波是由光子传递的，爱因斯坦假定引力波是由引力子传递的。
如何理解引力波？
广义相对论认为，物质的质量使时空弯曲，引力就是时空弯曲的量度。如果把宇宙时空比做一块橡胶板，质量不同的天体会在橡胶板上压出深浅不同的坑，即引力阱。天 体运动就是在自己的引力阱中滚动，这种滚动会引起橡胶板的轻微波动，而当超新星爆发和黑洞碰撞时，由于质量（即引力）的突然变化，相当于质量在橡胶板上大力弹跳，因而引起橡胶板剧烈地上下抖动。这种波动和抖动就是引力辐射，即引力波。
这么说来，地球绕太阳的公转运动也会产生引力波。是的。不过它的能量很微小，只有千分之一瓦。因为引力是各种基本力中最弱的力。如在原子核中，核力是电磁力的100倍，而引力只有电磁力的1040分之一；相隔1厘米的两个质子，其引力作用只有静电力的1037分之一。因此，引力辐射非常微弱，一万亿千瓦的引力辐射，只相当于1千瓦的热电丝。
但是，由于引力总是相加的，因而高致密度的恒星如果以接近光速的速度运动时，可产生不可忽略的引力波。靠得很近的双星脉冲星会发射很强的引力波。超新星爆发等剧烈活动，可在几微秒之内产生很强的一次性的引力波，叫引力辐射爆发。旋转黑洞是最丰富的引力辐射源，特别是当两颗旋转黑洞相撞时，会产生强烈的引力辐射。如质量各是10倍太阳质量的黑洞相撞，其引力辐射的强度是银河系的电磁辐射强度的1000亿倍。
为什么引力辐射的强度当其小时非常弱，而当其大时又非常强呢？除了引力源的质量和运动速度因素外，其重要原因是，由加速质量产生的引力波，本身又是一个引力波辐射源，即引力波又产生引力波。
引力波确实存在吗？人们试图用实验去检验。理论上，弹簧振子可产生引力波。所谓弹簧振子，是在一根弹簧两端各连接一个有一定质量的物体。如果让它振动起来，就会产生引力波。因此也叫“引力振子”。还有，一根绕其中心垂直轴旋转的重棒，也会产生引力波。
不过用上述方法产生的引力波的能量小得可怜。如重500吨、长20米的钢棒，以5转/秒的速度（这是它强度极限以内的最大旋转速度）旋转，所产生的引力波能只有10～29瓦。一个长10厘米的弹簧，两端各重1千克物体组成的引力振子，以100次/秒、振幅1厘米的速度振荡，若将其全部引力波能转变为电能，要点亮一只50瓦的灯泡，则需要的振子数，比组成地球的全部基本粒子数还多。
由此可见，用上述人工实验的方法是难以检验到引力波的。因为即使实验产生了引力波，目前也还没有如此精密的仪器能检测到它所产生的微弱引力波。那么，要验证引力波理论，就只好探测宇宙中巨大的天然引力波了。
