第639章 辐射
“你说的没有错，知道是为什么吗？”
虚妄看着楚云问道。
“洗耳恭听。”
楚云说道。
“我知道，那是因为它的强度只有电磁辐射的10^38分之一。”
吴刚说道。
“聪明。”
虚妄说道。
“我知道，一种探测引力辐射的方法是在尽可能不受其他任何振动源影响的地方悬挂一根大物质棒，并用灵敏仪器进行监测，看它是否显示引力波经过时必然产生的干扰。”
李思特说道。
“怎么说？”
吴刚问道。
“在1960和1970年代，科学家们就曾用巨大铝棒做过这类开创性实验。
其灵敏度之高能够监测出实验室外面街上驶过的车辆引起的棒的振动，但这些实验都未能证认出引力辐射的信号。”
李思特说道。
“这并不奇怪，因为如果爱因斯坦理论正确，地球附近的任何引力辐射都过于微弱，无法产生可测知的棒振动。
然而进行此类实验是值得的，通过这些实验可以弄明白是否还有爱因斯坦理论未曾预言的现象，也能探寻可用于更灵敏引力辐射探测器的新方法。
这样的探测器在那个年代，还有在二十一世纪初，也一直正在建造之中。
也就是２０１７年年底的时候，可以家证实了爱因斯坦爱因斯坦的引力波真实存在。”
五号提醒他们道。
“我记得被发现的时候，整个科学界都轰动了。”
楚云说道。
“是的，你们也要知道，有两类引力辐射源应该能够在时空中引起强到足以用下一代仪器进行探测的波动。”
五号说道。
“是哪两类？”
四号问道。
“一类是大质量恒星的外层发生超新星爆发、内核坍缩成中子星或黑洞的事件。
这种事件按人类时间尺度是极为稀罕的，但银河系中不时会发生可测知的超新星，平均大约每25年一次。
当出现超新星时，它们应在很短时间内产生大量引力辐射，一次持续仅仅5微秒的爆发式辐射的能量与太阳全部质量相当。
作为比较，地球在其绕太阳轨道上运动产生的引力辐射功率仅仅200瓦，相当于一枚普通灯泡输出的功率。
即使这样的事件发生在1万秒差距之外的银河系中心附近，它产生的引力辐射中到达地球的部分在数量上，相当于我们在大约100秒钟内，从太阳接收到的整个波谱范围的电磁辐射能量。”
虚妄淡定地说道。
“这样的爆发应该比较容易探测对不对？”
李思特问道。
“虽然很容易，但此类事件十分罕见，所以直接观测引力辐射的首选目标是探测脉冲双星那样由两颗互相绕转的极致密恒星组成的系统产生的引力辐射。
这样一个系统很像极端形式的举重运动员的杠铃。
从绕转平面观察，它产生的引力波可以根据对同一平面内的圆环的影响而显现出来。
物理学家称这种辐射为四极辐射。”
虚妄说道。
“怎么说？”
李思特问道。
“四极辐射可借助电荷的辐射予以最简单的说明。
一正一负的一对电荷构成一个偶极子，当这两个电荷运动时，它们产生偶极电磁辐射。
偶极子尽管能以这种方式辐射，它整体上则是电中性的。
一对偶极子构成一个含两个正电荷和两个负电荷的四极子。
当四极子中的电荷以合适方式运动时，它们产生四极辐射。
然而与电荷不同的是，质量只有一种符号，所以没有与偶极电磁辐射对应的引力辐射。
互相绕转的两个质量的行为类似一对偶极子，它们产生的引力辐射可通过对前面提到的那个圆环的影响而显现出来。
当引力波经过时，圆环在一个方向上被压缩而同时又在与之成直角的另一方向上被拉伸，使它变形为一个椭圆环。”
虚妄说道。
“然后发生了什么？”
楚云问道。
“我也想知道，之后发生了什么？”
李思特说道。
“然后反过来，先恢复到起初的圆形，随即变形为与第一个椭圆垂直的椭圆。
这种在成直角的两个方向的交替压缩和拉伸是四极辐射的特有性质。
要探测这样的辐射，你只需要用摆放成直角形l的三个质量，来监测引力波经过时引起的时空畸变。
当然你还需要一些很精密的测量仪器。”
虚妄说道。
“怎么说？”
李思特问道。
“你们要知道，新一代引力辐射探测器打算采用的办法，是将三个作为试验质量的重物摆放在数公里长的地下真空管道中。
试验质量表面抛光成反射镜面，并用激光束进行监测。
激光束在真空管道中射向镜面并反射，从探测器两臂出来的激光束会聚到一台干涉仪，后者利用激光的波长测量出试验质量位置的变化。”
虚妄说道。
“能够详细说明吗？”
楚云问道。
“典型设计的管道长3公里，每条管道两端的试验质量之间距离变化的测量精度高达10^-18米，小于一个原子核的直径。”
虚妄说道。
“我怎么觉得这个实验，很像19世纪初试图检测地球相对于以太的运动但以失败告终的迈克耳孙-莫雷实验。
更大规模的类似探测系统最终有可能建造在空间或月球上。”
五号说道。
“那是历史，现在早在月球上有空间站了。”
李思特说道。
“我当然知道了，你们要知道，所有这些探测引力辐射的实验计划很可能由一种完全不同的办法取代。”
五号说道。
“你到底想说什么？”
李思特问道。
“根据暴涨理论的某些版本，在大爆炸之后约30万年、宇宙还很年轻、物质与背景辐射之间发生最后的直接相互作用时，引力波和物质之间的相互作用应该已经在宇宙物质分布中造成了一种特有的结构。”
五号说道。
“为什么？是真的？”
李思特问道。
“如果说真的这样，这一结构就应该作为化石遗迹保存在背景辐射自身之中，在使用诸如cobe卫星仪器和地面探测器所做的观测得到改进后，已经被探测到。”
五号说道。
“的确已经被探测到了，还有吗？”
楚云问道。
(本章完)
虚妄看着楚云问道。
“洗耳恭听。”
楚云说道。
“我知道，那是因为它的强度只有电磁辐射的10^38分之一。”
吴刚说道。
“聪明。”
虚妄说道。
“我知道，一种探测引力辐射的方法是在尽可能不受其他任何振动源影响的地方悬挂一根大物质棒，并用灵敏仪器进行监测，看它是否显示引力波经过时必然产生的干扰。”
李思特说道。
“怎么说？”
吴刚问道。
“在1960和1970年代，科学家们就曾用巨大铝棒做过这类开创性实验。
其灵敏度之高能够监测出实验室外面街上驶过的车辆引起的棒的振动，但这些实验都未能证认出引力辐射的信号。”
李思特说道。
“这并不奇怪，因为如果爱因斯坦理论正确，地球附近的任何引力辐射都过于微弱，无法产生可测知的棒振动。
然而进行此类实验是值得的，通过这些实验可以弄明白是否还有爱因斯坦理论未曾预言的现象，也能探寻可用于更灵敏引力辐射探测器的新方法。
这样的探测器在那个年代，还有在二十一世纪初，也一直正在建造之中。
也就是２０１７年年底的时候，可以家证实了爱因斯坦爱因斯坦的引力波真实存在。”
五号提醒他们道。
“我记得被发现的时候，整个科学界都轰动了。”
楚云说道。
“是的，你们也要知道，有两类引力辐射源应该能够在时空中引起强到足以用下一代仪器进行探测的波动。”
五号说道。
“是哪两类？”
四号问道。
“一类是大质量恒星的外层发生超新星爆发、内核坍缩成中子星或黑洞的事件。
这种事件按人类时间尺度是极为稀罕的，但银河系中不时会发生可测知的超新星，平均大约每25年一次。
当出现超新星时，它们应在很短时间内产生大量引力辐射，一次持续仅仅5微秒的爆发式辐射的能量与太阳全部质量相当。
作为比较，地球在其绕太阳轨道上运动产生的引力辐射功率仅仅200瓦，相当于一枚普通灯泡输出的功率。
即使这样的事件发生在1万秒差距之外的银河系中心附近，它产生的引力辐射中到达地球的部分在数量上，相当于我们在大约100秒钟内，从太阳接收到的整个波谱范围的电磁辐射能量。”
虚妄淡定地说道。
“这样的爆发应该比较容易探测对不对？”
李思特问道。
“虽然很容易，但此类事件十分罕见，所以直接观测引力辐射的首选目标是探测脉冲双星那样由两颗互相绕转的极致密恒星组成的系统产生的引力辐射。
这样一个系统很像极端形式的举重运动员的杠铃。
从绕转平面观察，它产生的引力波可以根据对同一平面内的圆环的影响而显现出来。
物理学家称这种辐射为四极辐射。”
虚妄说道。
“怎么说？”
李思特问道。
“四极辐射可借助电荷的辐射予以最简单的说明。
一正一负的一对电荷构成一个偶极子，当这两个电荷运动时，它们产生偶极电磁辐射。
偶极子尽管能以这种方式辐射，它整体上则是电中性的。
一对偶极子构成一个含两个正电荷和两个负电荷的四极子。
当四极子中的电荷以合适方式运动时，它们产生四极辐射。
然而与电荷不同的是，质量只有一种符号，所以没有与偶极电磁辐射对应的引力辐射。
互相绕转的两个质量的行为类似一对偶极子，它们产生的引力辐射可通过对前面提到的那个圆环的影响而显现出来。
当引力波经过时，圆环在一个方向上被压缩而同时又在与之成直角的另一方向上被拉伸，使它变形为一个椭圆环。”
虚妄说道。
“然后发生了什么？”
楚云问道。
“我也想知道，之后发生了什么？”
李思特说道。
“然后反过来，先恢复到起初的圆形，随即变形为与第一个椭圆垂直的椭圆。
这种在成直角的两个方向的交替压缩和拉伸是四极辐射的特有性质。
要探测这样的辐射，你只需要用摆放成直角形l的三个质量，来监测引力波经过时引起的时空畸变。
当然你还需要一些很精密的测量仪器。”
虚妄说道。
“怎么说？”
李思特问道。
“你们要知道，新一代引力辐射探测器打算采用的办法，是将三个作为试验质量的重物摆放在数公里长的地下真空管道中。
试验质量表面抛光成反射镜面，并用激光束进行监测。
激光束在真空管道中射向镜面并反射，从探测器两臂出来的激光束会聚到一台干涉仪，后者利用激光的波长测量出试验质量位置的变化。”
虚妄说道。
“能够详细说明吗？”
楚云问道。
“典型设计的管道长3公里，每条管道两端的试验质量之间距离变化的测量精度高达10^-18米，小于一个原子核的直径。”
虚妄说道。
“我怎么觉得这个实验，很像19世纪初试图检测地球相对于以太的运动但以失败告终的迈克耳孙-莫雷实验。
更大规模的类似探测系统最终有可能建造在空间或月球上。”
五号说道。
“那是历史，现在早在月球上有空间站了。”
李思特说道。
“我当然知道了，你们要知道，所有这些探测引力辐射的实验计划很可能由一种完全不同的办法取代。”
五号说道。
“你到底想说什么？”
李思特问道。
“根据暴涨理论的某些版本，在大爆炸之后约30万年、宇宙还很年轻、物质与背景辐射之间发生最后的直接相互作用时，引力波和物质之间的相互作用应该已经在宇宙物质分布中造成了一种特有的结构。”
五号说道。
“为什么？是真的？”
李思特问道。
“如果说真的这样，这一结构就应该作为化石遗迹保存在背景辐射自身之中，在使用诸如cobe卫星仪器和地面探测器所做的观测得到改进后，已经被探测到。”
五号说道。
“的确已经被探测到了，还有吗？”
楚云问道。
(本章完)