新论文称,爱因斯坦的预言意味着宇宙中可能存在罕见的引力激光器

葫芦科普 2024-02-14 12:28:51

爱因斯坦的广义相对论揭示了宇宙中的许多奥秘,其中有两种现象已经被实验验证:引力波和受激辐射发射。引力波是时空的波动,受激辐射发射是原子的同步辐射。你可能会想,这两种现象有什么关系呢?事实上,它们有时会结合起来,产生一种罕见而奇特的 “引力激光”。这种引力激光可能是探测宇宙中最难以捉摸的物质–暗物质–的一种新方法。

激光的原理和来源

激光是一种特殊的光,它具有很高的强度、方向性和单色性。激光的产生依赖于一种叫做受激辐射发射的物理过程。当一个原子处于激发态时,它会吸收或释放一定波长的光子。如果一个激发态的原子遇到了一个与它能级差相同的光子,它就会被 “受激”,释放出一个与入射光子完全相同的光子。这样,就会有两个光子沿着同一个方向传播,形成一束相干的光。如果这个过程不断重复,就会形成一个强大的光束,这就是激光的输出。

激光的应用非常广泛,从日常生活中的条形码扫描仪、光盘播放器,到科学技术中的光导纤维、激光切割机,都离不开激光。但是,你知道吗?激光并不是人类发明的,它在自然界中也存在。天文学家在观测宇宙时,发现了一些天然的激光源,比如恒星、星云、星系等。其中,最常见的一种激光源是巨大的冷分子云,它们由氢、氦、碳、氮等元素组成,温度低至零下 200 摄氏度。在这些分子云中,有些分子会被外界的光或电磁波激发,然后受激辐射发射出微波或无线电波,形成一种叫做 “maser” 的激光。这些 maser 可以帮助天文学家研究分子云的结构、动力学和化学。

引力波的产生和探测

除了受激辐射发射,爱因斯坦的广义相对论还预言了另一种现象:引力波。引力波是由于时空的弯曲而产生的波动,它可以在没有物质的介质中传播,就像水波一样。引力波的来源通常是一些极端的天体事件,比如黑洞的合并、中子星的碰撞、恒星的爆炸等。这些事件会造成时空的剧烈变化,从而产生引力波。

引力波的存在是广义相对论的重要预言,但是它的探测却非常困难。因为引力波对时空的影响非常微弱,只有当它经过地球时,才能引起极其细微的长度变化,大约相当于一个原子核的千分之一。为了探测到这样的变化,科学家们建造了一些巨型的引力波探测器,比如美国的 LIGO、欧洲的 VIRGO、日本的 KAGRA 等。这些探测器利用激光的干涉原理,来测量两条相互垂直的臂长的变化,从而判断是否有引力波通过。

轴子的性质和作用

引力波和受激辐射发射看起来是两种完全不同的现象,但是,有一种神秘的物质可能将它们联系起来,那就是暗物质。暗物质是一种看不见的物质,它不与电磁波相互作用,但是它会通过引力影响可见物质的运动。暗物质的存在是通过观测星系的旋转速度、星系团的引力透镜效应、宇宙微波背景辐射等方式推断出来的。暗物质占据了宇宙物质的 85%,但是它到底是什么,目前还没有确定的答案。

物理学家提出了许多关于暗物质的假设,其中一种是轴子。轴子是一种假想的超轻粒子,它是为了解决强相互作用的一个谜题而引入的。轴子的质量非常小,大约是电子的十亿分之一,这使得它具有很强的量子特性,表现出波粒二象性。轴子的波长非常大,可以达到几米甚至几公里,这意味着它们不像普通的粒子那样可以被定位,而是像云一样分布在空间中。

轴子的另一个特点是它们可以和电磁场相互作用,从而转化为光子,或者从光子转化为轴子。这种转化过程依赖于电磁场的强度和方向,以及轴子的质量和耦合常数。轴子和电磁场的相互作用,使得它们可以被黑洞捕获。但是,由于轴子的波长较大,它们无法 "融入 "黑洞的事件视界,也就是黑洞的边界。轴子不会落入黑洞,而是存在于黑洞周围,形成一个类似于原子的结构,其中黑洞相当于原子核,轴子相当于电子。这些 "黑洞原子 "可能遍布宇宙,这是物理学家几十年来的理论。

引力激光的形成和探测

轴子和电磁场的相互作用,使得它们可以被黑洞捕获。但是,由于轴子的波长较大,它们无法 "融入 "黑洞的事件视界,也就是黑洞的边界。轴子不会落入黑洞,而是存在于黑洞周围,形成一个类似于原子的结构,其中黑洞相当于原子核,轴子相当于电子。这些 "黑洞原子 "可能遍布宇宙,这是物理学家几十年来的理论。

同时,黑洞本身往往会发出引力波,这是由于它们与周围的物质或其他黑洞的相互作用而产生的。引力波的波长和频率取决于黑洞的质量和角动量,不同的黑洞会发出不同的引力波。如果引力波的波长和轴子的波长相匹配,那么它们就能激发周围的轴子。黑洞周围的轴子就会开始以协调的方式运动,从而引发更多引力波的释放。

这些新的引力波会引起更多的激发,直到整个引力波像激光一样级联,向一个方向发射紧密聚焦的引力波。这就是引力激光的形成过程,它是一种全新的引力波信号,完全不同于我们之前看到或研究过的任何引力波信号。北京中国科学院大学物理学家刘京在今年 1 月发表在预印本数据库 arXiv 上的一篇论文中提出了这一理论现象,并将其命名为 “引力激光”。

引力激光虽然威力巨大,但却非常罕见。首先,触发激发级联的条件必须恰到好处,这需要黑洞和轴子的参数非常精确。其次,大多数引力激光都会指向远离地球的方向,因为它们是从黑洞中随机射出的,所以我们无法看到它们。但是,下一代引力波观测站也许能够探测到引力激光。如果我们看到了它们,这将是暗物质以轴子形式存在的确凿证据,也将是我们对宇宙的一次深刻的认识。

25 阅读:10908
评论列表
  • 2024-05-01 10:27

    波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波到处都有,水由粒子构成,不是波粒二象性。沙粒在特殊条件下形成沙丘波,所以沙粒有波粒二象性???波是一种物质???以干涉衍射现象否定光是粒子不是笑话是什么???………场::只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),不必要的,无质量无运动的多余虚幻想象。……地球场给你引力,你给地球场引力,然后地球场给地球引力。这是笑话!!!~~~场与波都是捕风捉影之法,意义很小,破坏巨大。……伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,当然是光子。用了电磁波来解释而已。

  • 2024-05-01 10:27

    观测归纳是经典物理,不确定/概率/不知道/假说/的东西也成了物理???用数学与创造假说当物理研究未知的大笑话。撒网捕鱼只能是概率,鱼摊买鱼是计算(物理公理已知)。观测树上苹果数量是确定的,猜测树上苹果数量当然不确定。不确定是观测属性,不是运动属性。哪里会有荒唐的测不准原理???鬼扯的光速不变,具有无穷的运动精度!胡编的测不准原理,居然与光速不变是同伙!!!创造假说宏观微观不同?相对速度哪有谁高谁低?笑死人。精度高低不可能是真理,也不能否定真理。自然的有无才是真。骗子当然能猜中骰子,号称证明公理公设必然是骗!

  • 2024-02-15 23:51

    多谢我们的两院院士

  • 2024-03-05 13:51

    天天爱因斯坦,相对论一百多年了有什么实用性,可以举个例子吗?

    有钳哒 回复:
    没有相对论,卫星定位搞不出来。这个例子够吗?
  • 2024-03-19 08:58

    华法师:爱恩斯坦谁呀?懂咒语会发出射线吗?

  • 2024-05-01 10:26

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法。祸害数学,祸害物理,终身搞骗,祸害极大极深极广。………是恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!迷信悖论斯坦瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。

  • 2024-05-28 20:48

    人类世界只不过是放映器照射下的平面影像中的微生物。

  • 2024-02-16 03:09

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  • 2024-02-20 10:14

    专搞创造假说的悖论斯坦!…… 创造假说10000个,也不可能认知自己后脑勺的形状,只可能是欺骗!认知自然规律只能靠观测归纳。……依靠老婆数学,依靠创假物理,解释稀奇,号称证明了不可能证明的公理。。。蔑视自然——违反相对速度自然公理,否定三维绝对空间自然公理,胡编时空关联,胡编相对时间,挑战诚信,欺师灭祖,终身搞骗!………自然绝对诚实,观测认知可能走弯路,但真理永远是绝对的,真就是真假就是假。………“相对真理”是悖论斯坦的骗术之一!………看到别人从符合经验的几何公理公设出发证明具体命题,他偏要号称证明公理公设,真是蛤蟆学水牛的蠢货!

  • 2024-04-10 22:56

    光反射驱动了光帆,光速不变才叫奇怪!永动机??

  • 2024-02-16 03:09

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  • 2024-04-10 22:56

    引力是空间弯曲???空间对质量有力的作用???空间还知道质量的大小(穿越时间有变化)???有作用力和反作用力?空间不可入吗???没见过鬼,只见装鬼。👻两个质点靠在一起,质量引力的作用力和反作用力,空间往哪个方向弯呢?骗子知道吗?………质量随相对速度变化吗?相对速度无穷多。静质量是相对哪个速度参考系呢?各个方向相对速度不一样,难道各个方向质量不同吗???

  • 2024-05-01 10:27

    解释光电效应是个笑话。物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。发现光电效应是宝贵的金山,本是一条通往微观世界的大道。胡编解释光电效应是毒药祸害!!!………证明光速不变是胡编!光反射驱动光帆恰恰证伪了光速不变。迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。……光子对实验装置相对速度基本不变,两路速度差极小,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

  • 2024-02-16 03:09

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  • 2024-02-16 10:42

    爱因斯坦的言论影响那么大吗?还没有被超越的人出现?100年后还大量的去讨论去认证

    用户38xxx61 回复:
    没办法,相对论假说虽然有不足,但还是目前最优秀的假说
  • 2024-03-06 15:56

    韦神前来挑战爱因斯坦[得瑟][得瑟]

  • 2024-03-09 21:42

    自发裂变反应的预测和发现,是原子能利用的直接原因。与爱因斯坦有啥关系?质量亏损是他发现的吗?不知道他如何将沙子变成能量?如何将能量变成质量?篡改美女“动能公式(天天到处用)”把她变性成和尚“质能方程(看到人家核弹成功了,他居然假惺惺地说后悔编造了狗屎造核弹方程)”………这个莫名其妙的数学“能量”是动能还是势能?如何与质量运动发生作用?——解释光电效应?物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。对比牛顿对“引力”必要充分真实的严谨归纳,是不是荒唐的笑话???——原来他还干过采用牛顿引力常数否定万有引力定律的丑事!——相对论篡改伽利略变换,洛伦兹遗憾的说“对于我,只有真正的时间,。。。都是爱因斯坦干的(破坏时间基本概念的荒唐事?)”

  • 2024-04-18 12:45

    质能方程,>>远远胜过,任何东西能变油+油能变任何东西。。。到底是质量获得能量还是质量变成能量??? ………动能公式,清清楚楚明明白白,到处用天天用,是质量获得能量的经典公理。………能量概念清清楚楚,是对物质运动状态的描述,居然敢欺骗说物质与能量等效???何其狂妄可笑???

  • 2024-02-16 00:54

    探索未知,永远是科学进步的终极追求!

  • 2024-02-16 03:09

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葫芦科普

简介:来自星星的小胖子