引力波是什么-公式计算&发现意义及侦测方法
引力波以波动形式和有限速度传播的引力场。按照广义相对论，加速运动的质量会产生引力波。以下是PINCAI小编整理的引力波概述、公式计算、发现意义及侦测方法，欢迎阅读参考!
引力波是什么-公式计算&发现意义及侦测方法
引力波是什么
在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。相比之下，引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中，因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。
各种各样的引力波探测器正在建造或者运行当中，比如 advanced LIGO(aLIGO)从2015年9月份开始运行观测。 可能的引力波探测源包括致密双星系统(白矮星，中子星和黑洞)。
在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。 2016年6月16日凌晨，LIGO合作组宣布：2015年12月26日03:38:53 (UTC)，位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号;这是继 LIGO 2015年9月14日探测到首个引力波信号之后，人类探测到的第二个引力波信号。
内容简介
引力波是爱因斯坦在广义相对论中提出的，即物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。通俗地说，可以把它想象成水面上物体运动时产生的水波。但是，只有非常大的天体才会发出较容易探测的引力波，如超新星爆发或两个黑洞相撞时，而这种情况非常罕见。因此，相对论提出一百多年来，其“水星进动”和“光线偏转”等重要预言被一一证实，而引力波却始终未被直接探测到。
引力波有宇宙初生时的“啼哭”之称，它自宇宙诞生后便一直四散传播，现在可探测到的余响能量非常小，被称为“随机引力波背景”。在“激光干涉引力波观测台”中，科学家便是努力在长达4公里的激光光线中，寻找“随机引力波背景”带来的比一个原子核还小的扰动。
公式计算
由E=mc^2、E=nh(J)、F=am、λν=c、q=h(J)*ν得：
F=aE/c^2=nh(J)a/c^2=nh(J)/(t*c)=E/c*t=nh(J)*ν/c=nh(J)/λ=E/λ。a=c^2/λ=ν*c。
由a=ν*c，将a替换为重力加速度g，再由g=ν*c，就可以计算出地球重力场引力波的频率。
即ν=g/c，地球表面重力场加速度g=9.80米/秒^2，光速c=299792458m/s，
则ν=g/c=9.80/299792458=3.2*10^-8(1/s)。
而对应的引力波的波长则是λ=c/ν=299792458/3.2*10^-8=9.3685*10^15(m)。
爱因斯坦虽然在在其广义相对论中预言了引力波的存在，但爱因斯坦在广义相对论中提出的却是物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。
而拓变论发现新的事实，却是引力波是引力场本身的属性。
事实上引力波无处不在，在整个宇宙范围内到处都有到处都是，只是随着引力场强度(正比于g)不同而不同。
引力波也不是什么过去遗留下来的，而是引力场场强的另一种表现。
引力波的波长是如此之长，以及引力波的频率是如此之低，正是引力场强度之弱真实证明。同时我们也可以指出为什么至今还没有探测到引力波的存在，是科学家把把其性质搞错了，主攻方向也搞颠倒了，其波长不是如何的短，而是如此的长，因此他们才探测不到。其实引力波是可以随时随地就可以检测到的，对应着此时此地的引力场强度或重力加速度，就可以探测到相应的引力波的波长和频率。
根据地球表面引力波的如此情况作为参照对比，就可以基本知道电磁场、强作用场和弱作用场的大致频率和波长的数量级了。
目前人们已知的四种基本作用力的强度分别是，强力其相对强度定义为1，其次就是电磁力为10^-2，弱力为10^-13，引力为10^-38。
这样我们就可以依据地球表面的重力场强度的波长λ=9.3685*10^15(m)或频率ν=3.2*10^-8(1/s)，来大致确定其他三种基本作用力场强度的波长与频率了。
地球表面的重力场强度的波长λ=9.3685*10^15(m)与频率ν=3.2*10^-8(1/s)。
那么强力场强度的波长λ=10^-22(m)与频率ν=10^30(1/s)，电磁力场强度的波长λ=10^-20(m)与频率ν=10^28(1/s)，弱力场强度的波长λ=10^-9(m)与频率ν=10^17(1/s)。
由于宇宙空间场体的平均引力场强度要比地球表面的引力场强度低得多得多，所以这样计算出来的数据就要高的多，只是相对的比较一下而已。
主要性质
引力波以波动形式和有限速度传播的引力场。按照广义相对论，加速运动的质量会产生引力波。
引力波的主要性质是：它是横波，在远源处为平面波;有两个独立的偏振态;携带能量;在真空中以光速传播等。引力波携带能量，应可被探测到。但引力波的强度很弱，而且，物质对引力波的吸收效率极低，直接探测引力波极为困难。曾有人宣称在实验室里探测到了引力波，但未得到公认。天文学家通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在。
例如，双星体系公转、中子星自转、超新星爆发，及理论预言的黑洞的形成、碰撞和捕获物质等过程，都能辐射较强的引力波。我们所预期在地球上可观测到的最强引力波会来自很远且古老的事件，在这事件中大量的能量发生剧烈移动(例子包括两颗中子星的对撞，或两个极重的黑洞对撞)。这样的波动会造成地球上各处相对距离的变动，但这些变动的数量级应该顶多只有10^-21。以LIGO引力波侦测器的双臂而言，这样的变化小于一颗质子直径的千分之一。
发现意义
引力波的发现验证了广义相对论最后一个未被实验直接检测的预言，但引力波带来的认知革命绝不止步于此。引力波为我们打开了除电磁辐射(光学、红外、射电、X射线等)、粒子(中微子、宇宙线)之外，一个全新的窗口——我们从未能够以这样的方式观察宇宙。在引力波这个新窗口中，我们不再是以电磁场、物质粒子作为观察宇宙的凭借——我们感受的，是时空本身的颤动!
LIGO的直接探测到的第一例引力波事件(据说)来自两个恒星质量黑洞的并合。两个黑洞并合前，会在与彼此的绕转中搅动周围的时空，向四周散发出涟漪般的引力波。这些引力波带走了一部分双黑洞系统的引力势能，让两个黑洞越绕越近、越近越快。而两个黑洞最终并合之后，融合成的大黑洞会经过几下“摇摆”，才会融成完美的球形。
侦测方法
虽然引力辐射并未被清清楚楚地“直接”测到，然而已有显著的“间接”证据支持它的存在。最著名的是对于脉冲星(或称波霎)双星系统PSR1913 16的观测。这系统被认为具有两颗中子星，以极其紧密而快速的模式互相环绕对方。其并且呈现了渐进式的旋近(in-spiral)，旋近时率恰好是广义相对论所预期的值。对于这样的`观测，最简单(也几乎是广为接受)的解释为：广义相对论一定是对这种系统的重力辐射给出了准确的说明才得以如此。泰勒和赫尔斯因为这些成就共同引力波获得了1993年的诺贝尔物理学奖。
1959年，美国马里兰大学教授韦伯发表了证实引力波存在的消息，这引起了世界物理学界一阵狂热的激动。事情是这样的，韦伯等人制造了6台引力波检验器，分别放在不同地点进行长期的检波记载。结果发现在各台检波器上都记录到一种相同的、不规则的“扰动”，并证明它并不是由声学振动、地震、电磁干扰或宇宙线干扰等引起的，因此，他们认为“不能排除这就是引力波”。之后，许多国家的科学家采用各种方法企图证实宇宙深处的同样“来客”，但终未得到肯定的结果，于是激动之余，人们便只能叹息罢了。
射电天文学的蓬勃发展为物理学家们新的探测途径。射电望远镜的探测本领比光学望远镜强得多，美国天文物理学家泰勒等人在1974年，靠着射电望远镜发现了一个双星体系——脉冲射电源(PSR1913 16)。按照广义相对论计算，双星互相绕转发出引力辐射，它们的轨道周期就会因此而变短，(PSR1913 16)的变化率为-2.6*10^ -12。而在1980年，他们也是采用精密的射电仪器，由实验得到观察值为-(3.2±0.01×10 ^-12,与理论计算值在误差范围内正好符合。这可以说是引力波的第一个定量证据。上述消息传开，引起物理学界的极大震动。科学家们信心倍增，为欢迎引力辐射这位宇宙“娇客”将开展更为广泛的探索研究。因为对引力波的探测不仅可以进一步验证广义相对论的正确性，而且将为人类展现出一幅全新的物质世界图景，茫茫宇宙，只要有物质，到处有引力辐射。
测量工具
LIGO和GEO 600是用来测量引力波即时空结构中的波动的工具。引力波非常难以测量，因为当他们到达地球的时候已经变得非常弱了。
LIGO和GEO 600通过测量两条激光束相遇的时候所形成的干涉图样的变化来探测引力波。这些图样依赖于激光束的传播距离，当引力波穿过时激光束的传播距离会相应变化。
这种称之为激光干涉计的探测器的灵敏度，是与激光传播的距离成比例的。因为探测器需要寻找的是很微弱的信号，所以需要LIGO和GEO的尺寸相当大。
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