引力波究竟是什麼波?製作成武器能摧毀1個星球嗎?


在著名的科幻小說《三體》中,從比鄰星跑來地球的三體人,因為人類”萬有引力”飛船利用”引力波”向宇宙廣播三體世界的座標,最終家園被高等文明所摧毀。

那麼問題來了,”引力波”到底是什麼?人類真的可以利用引力波發射訊號或者把引力波製造成武器嗎?引力波武器會是宇宙中最終極的武器嗎?

引力波到底是什麼?

這還得從一場橫跨200多年的爭論說起。在科學史上有兩個著名的奇蹟年,一個被稱為:牛頓奇蹟年,一個被稱為:愛因斯坦奇蹟年。

牛頓奇蹟年是在1666年前後,當時他提出了力學定律,也給萬有引力定律開了個頭。而愛因斯坦奇蹟年則是在1905年,當時他提出了四個具有開創性的科學成果,其中一個後來被我們稱為:狹義相對論。


我們都知道,相對論分為狹義相對論和廣義相對論。廣義相對論實際上是狹義相對論的推廣,同時又可以用來對”萬有引力”進行更深刻的闡述。而這場爭論的焦點其實就是:萬有引力。更為本質的實際上是:時空觀。


牛頓認為,時間和空間是互相獨立,並且是絕對的,”一秒”的時間跨度和”一米”的空間跨度對於任何觀察者而言都是一樣的,不會因為不同的運動狀態而發生改變;愛因斯坦則認為,時間和空間不能被獨立看待,而是相互影響的,”一秒”的時間跨度和”一米”的空間跨度對處於不同運動狀態下的觀察者可能是不同的。因此,他把時間和空間並稱為:時空。


在兩人不同的前提假設之下,牛頓認為,萬有引力是一種超距作用,可以時間瞬間傳遞。而愛因斯坦則認為,根本不存在萬有引力,萬有引力的本質是時空的彎曲,物體只是沿著時空的測地線(四維時空中的最短距離)在運動,而萬有引力的傳播速度是光速。


說白了就是,月球繞著地球轉是因為地球彎曲了周圍的時空,月球只是沿著時空的“地面”在運動。

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牛頓和愛因斯坦對於引力的解釋不同,這需要實驗物理學家們通過觀測來最終判定誰的理論更為精確。1919年,天文學家愛丁頓率隊在西非普林西比島觀測日全食,並拍攝了日全食時,太陽附近星星的位置。


按照牛頓的萬有引力定律和愛因斯坦的廣義相對論,這些星星的光線都會在大質量天體附近發生偏折,只是程度不同。愛丁頓通過分析照片,發現實際的情況和愛因斯坦預言的結果更加吻合,這使得學術圈開始廣泛接受了愛因斯坦的廣義相對論,使其成為了解釋引力的主流理論。


而根據廣義相對論,引力的本質是時空的彎曲,引力並非是超距作用,傳播速度是光速。因此,引力在傳遞過程中,會產生時空的漣漪,這也就是引力波。


我們可以打一個並不是非常恰當的比方來進行理解,時空就像是水面,帶質量的物體就好比時空,當我們把石頭扔到水面上,就會泛起漣漪,這漣漪就好比是引力波。然而以上都只是理論物理學家們的猜測,引力波真的存在嗎?

2016年,LIGO團隊就探測到了引力波存在的證據。


2017年,LIGO團隊的三位科學家,萊納·魏斯、巴里·巴利許與基普·索恩因為成功觀測到引力波,而獲得了諾貝爾物理學獎。也就是說,引力波是已經被證實存在了,那麼問題來了,引力波到底有什麼用呢?


實際上,科學的發展一直是走在了科技發展的前面,不要說引力波的實際應用了,愛因斯坦的相對論能夠投入到實際應用的場景都不多。不過,引力波的發現對於推動科學自身的發展起到了決定性作用。比如:引力波天文學的建立,在宇宙學中,通過研究原初引力波,可以瞭解到宇宙誕生後38萬年內發生的事情。


引力波能用作武器嗎?

從理論上看,引力波是可以被用於通訊、雷達探測、甚至製作成武器的。引力波探測是現在最主要使用的,不少國家在這方面投入,希望能夠精準識別出宇宙中的引力波。不過,人類自己通過裝置要發射引力波進行通訊這件事情,現在來看,能夠實現的概率不高。至於原因,我們稍後一起說。

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至於武器,可以利用引力波讓有質量大的物體發生共振,從而將其震成碎片。不過,這也只是停留在構想當中,實際上很難實現,也沒有必要。

無論是人類自身發射引力波來來進行通訊,還是製作武器。本質上都是需要發射引力波。可是問題是,引力波並不是那麼容易發射出來的。質量小的物體雖然也有引力波,但非常薄弱,幾乎感覺不到。如果要產生強烈的引力波,就需要質量巨大的天體。人類的引力波探測器能探測到的引力波來自於兩個黑洞合併或者兩個中子星合併,它們都屬於宇宙中最緻密,質量最大的天體了。

而遠處兩個黑洞合併產生的引力波都不足以把地球震碎,這足以見得要產生把物體震碎的引力波,質量得非常巨大。

如果人類真的可以創造出質量如此巨大的物體,那壓根不需要用引力波來震碎物體。因為,你只需要把這個物體扔到對手那邊,這個物體強大的引力就足以引爆對手。


舉個例子,我們只需要把一顆中子星或者黑洞放到地球附近,地球立馬就會被撕得粉碎。


所以,在這樣的情況下,還用引力波就顯得有點多餘了,有種你明明可以拿衝鋒槍掃射對手,偏偏要拿沒開刃的菜刀去和對手玩冷兵器的感覺。

因此,未來引力波或許可以用於通訊,但難度太大,實現的概率不高,更不要說用作武器了。

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