引力波的產生及性質探究

□何泊杉

一、黑洞

黑洞是一種由引力彎曲形成的天體，能夠吸收宇宙中的一切物質(包括光)而不反射任何電磁波，所以尋找黑洞并不簡單。但這并不代表沒有辦法，其一就是通過雙黑洞的碰撞過程中產生的引力波來判斷黑洞的位置，根據引力波的傳輸方向來判斷合并后的新黑洞的位置，然后通過引力波的強度來判斷碰撞前兩個黑洞的質量以及相對運動的速度。當兩個黑洞相互運動時，它們的引力場就會相互摩擦，從而互相產生引力干涉現象。這種現象使得黑洞引力場的引力變得極不穩定，從而使時間和空間也不能穩定存在，這種效果會隨著兩個黑洞的距離的靠近而增強，兩個黑洞引力場的摩擦，使得引力波得以產生。

只要兩個天體以一定的速度碰撞，就足以產生引力波，所以，對于單一的黑洞，也可以利用這種方法探測。只要那個黑洞正在吞噬恒星，它就一定會產生引力波，在探測單一黑洞時，需要利用由黑洞與其周邊天體的引力干涉現象產生的引力波來探測黑洞的存在。由于黑洞只在兩極產生的X噴流，所以在兩級外的其他部位，不會有電磁波產生。即天體與黑洞碰撞產生的引力波里不含電磁波的成分。

愛因斯坦的狹義相對論中，有一個不可超越的速度—光速(c=2.99792458×108m/s)，所以能量關系式E=mc2就是物質所能達到的最大能量，p=mc是物質所能達到的最大動量。由第一段的分析，不難得出結論：引力波的強弱與兩個碰撞單體的質量并沒有太大的關系，而與其動量有直接關系。也就是說，只要兩物體的質量一定，引力波的強弱取決于兩物體的相對運動速度。當引力波達到最大值時，其滿足關系式：m1v1+m2v2=(m1+m2)(v1+v2)=(m1+m2)c，也就是說，當兩個物體體碰撞并且融合時，兩物體瞬時速度之和將會達到光速，而這時引力波的強度也將達到最大值。根據對稱性原理可知，當引力波過了那個最大值點后，強度逐漸開始減弱。假設現在有一個確定的時間度量，則可以觀測到引力波的時間對成性，也就是說，引力波滿足正態分布。

由于引力波具有時間對稱性，所以若以引力波的峰值點為時間的零點則關于該點對稱的時刻引力波的強度相等。但這并不代表空間的對稱性，不過可以推測，如果形成的是史瓦西黑洞，則此黑洞成球形。根據球的空間對稱性以及黑洞的均勻性，可以知道，黑洞向各個方向產生的引力都是相同的，再結合引力波的正態分布，便可知引力波也存在空間對稱性。

二、中子星

即電場的旋轉使得磁感應強度發生變化。但隨著兩顆子星的靠近，電磁—引力干涉現象也會增強，電場的旋轉速度也會進一步加快，從而進一步增強兩顆子星間的磁力，而磁力又會增強電場的旋轉……這樣一直下去。其能量的釋放量達到了最大值，并滿足關系式：m1m0v1+m2m0v2=(m1m0+m2m0)(v1+v2)=(m1m0+m2m0)c。

中子星表面的磁感應強度達到了10T，大約是地球的100萬倍，所以在其磁場內，任何物質都將受到影響。假設一顆中子星正在被黑洞吸引，雖然黑洞能把中子星吞掉，然而這也可能導致黑洞被瓦解，因為中子星的磁場可能會改變黑洞的內部結構。

三、類星體

類星體在宇宙中是一種很神秘的天體，它外表像星系，但發射的光譜卻不是一般星系的光譜。類星體的質量都很大，一般都在幾億倍太陽質量到十幾億倍太陽質量，目前已知最大的類星體達到了太陽質量的20億倍以上，能解釋這種想象的，只能是長期以來的物質積累，即類星體的質量會隨著時間而發生改變。由與前兩個天體不同，類星體的內部非常大，而且極不穩定，所以無法總結出內形體產生引力波的規律。而目前最廣泛接受的一種觀念是，類星體的中心存在一個超大質量的黑洞，其質量至少是太陽質量的1億倍。這么大質量的黑洞只能是由多個黑洞合并而成。所以，類星體可能是由很多個星系經過碰撞形成的。而在碰撞過程中，各個星系中心的黑洞也發生了猛烈的撞擊從而產生強大的引力波以改變空間中的任何物理現象，已導致其光譜發生改變。

如果兩個類星體會相互公轉，則它們會產生很大的向心力，并且發生碰撞，這將會是宇宙中最強的能量爆發，會爆發出電磁能、熱能、光能以及引力能的復合能量。如果它們產生的和動量足夠大，則會產生強大的引力波。在這里，第一段中所提出的公式也就不再使用了，因為它要考慮多種情況下產生的虛擬質量的作用。

如果要探測由類星體產生的引力波，就必須將引力波分離出來。由于引力會以光速傳播，所以它會和光波同時傳播。故只要探測到光波，就能探測到引力波。根據廣義相對論光波會與引力波一起波動。

四、結語

引力波在宇宙中廣泛存在，但由于其特殊的產生條件，所以探測引力波很困難，只要兩個物體發生引力干涉現象，則它們就會產生引力波。