有没有引力波?
带电物体在周围空间建立一个电场,作变速运动的电荷能产生电磁波,电磁波以光速向外传播,地球在周围空间建立一个引力场,作变速运动的物体能不能产生引力波?爱因斯坦的广义相对论预言,引力波存在。
电荷之间的相互作用,确实与物体之间相互作用的万有引力非常相似,广义相对论也预言引力波与电磁波有很多相似之处。但是在相同条件下,两个静止带电体之间相互作用的静电力比起它们之间的万有引力要大得多,就是说万有引力是非常微弱的。例如一个质子和一个电子间的万有引力只是静电力的十万分之四,因此在计算它们之间的作用时,常常只计算静电力,而完全可以将万有引力忽略掉。同样,一个作变速运动的电子,辐射的引力波与它辐射电磁波相比也是极其微乎其微。所以,探测引力波是非常困难的。自1916年预言引力波存在后的40多年中,只是在理论上有些进展,而在实验上无人敢于尝试。
一个电子作变速运动(或来回振动)辐射的电磁波是无法接收的,一大群电子来回振动(振荡)辐射的电磁波要强大得多,是可以接收到的。一个质点作变速运动(或来回振动)辐射的引力波也是无法接收的,一个巨大物体作变速运动(或来回振动)辐射的引力波要强大得多,是可能接收到的。巨大物体天上有,这就是天体、星球。
有些天体是引力波的波源,大概有三类:
一是爆发源。超新星爆发,其上各部分必然加速运动,或者星体坍缩,或者黑洞俘获物质,这是因为高速运动的物体,被黑洞俘获,突然停止,也是一种变速运动。均属于爆发性的,称爆发源。
二是周期性连续源。双星旋转、中子星自转等,星体旋转或自转,其各部分运动的轨迹必定是曲线,曲线运动也是一种变速运动。星体旋转或自转常常有自己的周期,所以是周期性的连续辐射源。
三是宇宙本底辐射。这是来自太空的引力波,辐射千年不减,万世不竭。波源何在?至今一无所知。
1958年,马里兰大学的美国人韦伯第一次开始探测引力波,他用巨大的铝筒和棒形天线进行探测,经过10年努力于1969年宣称,他探测到了引力波。但是,他没有重复接收到引力波。韦伯的实验至今已经被否定了。他所提出的探测方法和原理却是正确的。在韦伯实验启示下,人们了解到,要想探测到引力波,需要更灵敏的探测器或更新的探测方法。
世界各国都在改进韦伯装置,或者研制新型的探测器。在我国,中国科学院高能所和广州中山大学已建立了两台韦伯型探测器。中山大学还提出用电磁方法探测引力波的可能性。如果能够突破,这是很大的成功。一般说来,电磁波用电磁方法来接收,即电磁谐振,引力波用质量谐振的方法来测试,如韦伯装置。一旦将两者媾通,必将引起重大的理论变革,前途是不可限量的。