控制白斑发展 http://pf.39.net/bdfyy/dbfzl/141019/4497436.html
宇宙不是一个静止、稳定的地方。在大量简单原子的集合中，气体云崩塌形成恒星和行星，然后它们经历各自的生命周期。超大质量的恒星将在诸如超新星之类的灾难性事件中死亡，产生诸如中子星和黑洞之类的恒星残余。这些中子星和黑洞中的许多将被激发并合并，以引力波的形式释放出巨大的能量。以这种方式产生的光和粒子能够对地球造成损害，但是引力波本身呢？
图注：两个黑洞合并的说明，质量与LIGO第一次看到的相当。在一些星系的中心，可能存在超大质量的双系统黑洞，产生一个比这个图示强得多的信号。如果黑洞离地球足够近，它们原则上可以向地球输送足够的能量，从而产生明显的影响。广义相对论，我们现在的引力理论，最早是由爱因斯坦于年提出的。就在第二年，年，爱因斯坦自己得出了他的理论的一个意想不到的性质：它允许一种新的辐射的传播，这种辐射在自然界中是纯引力的。这种辐射，今天被称为引力波，具有一些易于提取的特性：它们没有质量，以引力的速度传播，而引力的速度应该等于光速。
图注：爱因斯坦但不明显的是，至少不是马上，这些波是否是真实的，物理的，携带能量的现象，或者它们是否是一个没有任何物理意义的纯数学人造物。，爱因斯坦和纳森·罗森写了一篇论文，叫做《引力波存在吗？》在提交给《物理评论》杂志的论文中，他们认为引力波不存在。
他们争辩说，这些引力波只存在于数学中，并不存在现实物理中，就像我们推断在标尺末端的0在物理上不存在一样。幸运的是，这篇论文在匿名评审的推荐下被否决了，这位评审人是物理学家霍华德·罗伯逊。
同样是普林斯顿大学的罗伯逊，偷偷地向爱因斯坦指出了处理他所犯错误的正确方法，这推翻了他的结论。年重新提交的版本中出现的引力波，在不同的期刊上以不同的标题被接受，它预测了物理真实波。就像电磁有光一样，光是一种无质量的辐射，携带着真实的能量，引力也有一种完全类似的现象：引力波。
图注：当有两个引力源（即质量）相互吸引并最终合并时，这个运动会引起引力波的发射。尽管这可能不直观，但引力波探测器对这些波的敏感度是1/r的函数，而不是1/（r^2）的函数，并且可以看到这些波的各个方向，而不管它们是面上还是边上，或者介于两者之间的任何地方。如果这些波存在，在物理上是真实的，并且也携带能量，那么重要的问题就变成它们是否能将能量传递到物质，如果是的话，通过什么过程。年，第一次美国广义相对论会议，现在被称为GR1，在北卡罗来纳州的教堂山举行。出席会议的有物理学界的一些巨星，包括布莱斯·德维特、约翰·阿奇博尔德·惠勒、约瑟夫·韦伯、赫尔曼·邦迪、CécileDeWittMorette和理查德·费曼。
尽管邦迪会很快推广会议上提出的一个特定论点，但正是费曼提出了我们现在称之为“粘珠”论点的推理路线。如果你想象你有一根细杆，上面有两个珠子，其中一个是固定的，但一个可以滑动，如果引力波垂直于杆的方向穿过它，珠子之间的距离就会改变。
图注：费曼的论点是，引力波会沿着杆移动质量，就像电磁波沿着天线移动电荷一样。这种运动会因摩擦而产生热量，证明引力波携带能量。粘珠论证的原理后来将成为LIGO设计的基础。只要磁珠和磁珠是无摩擦的，就不会产生热量，由磁珠和磁珠组成的系统的最终状态与引力波通过之前没有什么不同。但是如果在杆和沿杆自由滑动的珠子之间有摩擦，这个运动就会产生摩擦，产生热量，这是能量的一种形式。费曼的论点不仅证明了引力波确实携带能量，而且还说明了如何从波中提取能量并将其转化为一个真实的物理系统。
当一个引力波穿过地球时，它对珠杆系统产生的同样影响也会起作用。当波穿过地球时，它将使垂直于波传播方向的方向交替地以振荡的方式彼此呈90度角拉伸和压缩。
地球上的任何东西，只要受到它所占据的空间的这种运动的能量影响，就会从波本身吸收相应数量的能量，并将这种能量转化为现实的物理能量，然后在我们的世界上出现。
图注：俯瞰LIGO引力波探测器。如果我们考虑一下LIGO观测到的第一个引力波——在年9月14日观测到，但几乎是在4年前的今天（年2月11日）宣布的——它由两个分别由36个和29个太阳质量的黑洞组成，它们合并产生了一个62个太阳质量的黑洞。如果你计算一下，你会发现36+29不等于62。为了平衡该方程，剩下的三个太阳质量，对应于较小黑洞的质量的大约10%，需要通过爱因斯坦的E=MC^2转化为纯能量。能量以引力波的形式在空间中传播。
图注：当两臂长度完全相等且没有引力波通过时，信号为零，干涉图样为常数。随着臂长的变化，信号是真实的和振荡的，并且干扰模式以可预测的方式随时间变化。经过大约13亿光年的旅程，这些合并的黑洞发出的信号到达地球，在那里它们穿过我们的星球。这一能量的一小部分被沉积到位于西澳州汉福德和洛杉矶利文斯顿的两个LIGO探测器中，导致放置反射镜和激光腔的杠杆臂交替增加和减少长度。人类制造的一个仪器提取的那一点点能量，足以探测到我们的第一个引力波。
当两个质量相当的黑洞合并时，会释放出巨大的能量；在毫秒的时间尺度上，将三个太阳质量的物质转换成纯能量，比宇宙中所有恒星在相同时间内释放的能量总和还要多。总而言之，第一次引力波包含5.3×10^47J的能量，在最后的毫秒内，其峰值发射功率为3.6×10^49W。
图注：直接观测到的第一对黑洞的灵感和合并。总的信号，加上噪音（顶部）明显地与合并和吸入特定质量黑洞（中间）的引力波模板相匹配。注意在合并的确切时刻，信号强度在最后几个轨迹中达到最大值。但在10多亿光年之外，我们只能看到那能量的一小部分。即使我们考虑到整个地球从这个引力波中所接收到的所有能量，它也只有亿J，相当于：
燃烧六桶（约升）原油，阳光照射在曼哈顿岛上持续0.7秒，0千瓦时的电量，美国家庭的平均年用电量。宇宙中一个源发出的能量总是像球体的表面一样扩散开来，这意味着如果你将自己与这些合并的黑洞之间的距离减半，你将获得的能量将增加四倍。
图注：亮度与距离关系，以及光源的光通量是如何在距离平方上衰减的。从一个点发射的引力波在能量方面以同样的方式传播，但其振幅仅随距离线性下降，而不像能量那样随距离平方下降。如果这些黑洞不是13亿光年，而是在1光年外合并，那么这些撞击地球的引力波的强度相当于大约7×10^28焦耳的能量：相当于太阳每三分钟产生的能量。
但是引力波和电磁辐射（如太阳光）有一个重要的区别。光很容易被正常物质吸收，并根据它的量子（光子）与我们构成的量子（质子、中子和电子）的相互作用，将能量传递给它。但引力波大多直接通过正常物质。是的，它们使它在相互垂直的方向上交替地膨胀和收缩，但波基本上不受影响地穿过地球。只有一小部分能量被沉积，这是一个微妙的原因。
图注：时空中的涟漪就是引力波，它们以光速向四面八方传播。尽管引力波的能量像球体一样散开，就像电磁能量散开一样，但引力波的振幅只与距离成正比。当一个引力波被发射时，它的能量与距离的平方成正比。但是引力波的振幅，也就是决定物质膨胀和收缩程度的东西，只会随着距离呈线性下降。当第一次黑洞合并时，我们看到来自地球的引力波，我们的行星收缩和膨胀了大约12个质子的宽度。
如果这些黑洞以1光年的距离合并，地球将被拉伸和压缩约20微米。如果它们合并在地球与太阳的距离相同的地方，整个行星将被拉伸和压缩约1米（3英尺）。相比之下，这与月球产生的潮汐力每天产生的拉伸和压缩量差不多。最大的区别是，它会发生得更快：拉伸和压缩的时间尺度是毫秒，而不是大约12小时。
图注：月球对地球施加潮汐力，这不仅会引起我们的潮汐，还会导致地球自转的制动，以及随后一天的延长。为了使引力波在月球上的潮汐力具有相同的振幅，黑洞黑洞合并将需要发生在太阳距离地球大约相同的距离。一个足够大振幅的引力波可以有意义地将能量传递给地球。包裹在复杂晶格中的晶体会在整个地球内部升温，如果引力波足够强的话，可能会破裂或破碎。地震会波及我们的星球，层叠重叠，在我们的表面造成世界范围的破坏。间歇泉会喷发得壮观而不规则，有可能引发火山喷发。即使是海洋也会产生全球海啸，对沿海地区的影响也不成比例。
但是黑洞合并需要在我们的太阳系内进行才能实现。即使距离最近的恒星很远，引力波也会几乎完全不被注意地穿过我们。尽管时空中的这些波纹比任何其他灾难性事件都携带更多的能量，但它们之间的相互作用非常微弱，几乎不影响我们。也许最显著的事实是，我们实际上已经学会了如何成功地探测到它们。
