从时钟、到牛顿的苹果，再到弯曲的时空，2分钟看懂天体物理

zorapoon

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最近漫科普开放话题活动——问出你感兴趣的科学话题好多热情地问题扑面而来各种稀奇古怪的脑洞真把小漫当成万能机器猫了吗？

文 / 月月鸟

不过看到大家这么热情地参与

小漫好受鼓舞

这段时间，小漫会陆续挑出一些问题

认认真真地回答

满足大家的好奇心！

有漫星人说看到天体物理就头疼

让小漫用最通俗的语言解释一下…

一上来就问这么高深的问题

小漫压力好大

虽然小漫也不是很懂

但愿意借此机会，带您穿梭时空隧道

回顾人类几千年的历史上

在这一领域中那些伟大的想法是如何诞生的

最早

人们看到天上的星宿，发现会周期性规律地变化

人们并不了解其内在成因，但通过直观的观察与记录

逐步地掌握了一些星辰运行地规律

然后古人们推断，天上的星星是由某种机械驱动

用来记录时间的

例如太阳与月亮

每天都在机械的驱动下周而复始地运转

后来

人们构造了模拟天体运行的仪器

即一些以齿轮为主的机械构造，用来来模拟天体的运行轨道

想象中这个仪器可能很高深

但机械式钟表想必您见过吧

里面就是一大堆齿轮的组合

既然古人认为天上的星体变化是用来记录时间的

于是这些齿轮后来就催生了钟表的诞生

当然

今天的手表已经不再依托于机械结构

但小漫至今仍然认为这个想法很伟大

因为人类把广阔宇宙中对于时间的理解

体现在这样一个小巧而无比精密的机械结构里

到了18世纪

天才的牛顿出现了

后来的事情你我在中学课本上就都知道了

一天中午他在树下睡大觉，不料被树上的一个苹果砸中了

于是他思考一个无比天才的问题

——苹果为什么向下落？而不是往天上飞呢？

牛顿与苹果的互动产生了一个伟大的物理学概念

——万有引力

即任何两个有质量的物体都存在引力作用

该引力大小与其二者的质量均成正比，与二者距离的平方成反比

因为地球对苹果有引力，所以苹果才向下落，而不是飞向天空

根据万有引力，人们对天体的运行轨迹重新进行了计算

人们发现万有引力很好的解释了天体运行的轨道问题

于是齿轮模型的时代结束了，万有引力取而代之

当然，钟表还要继续生产：）

到了20世纪

爱因斯坦也思考了一个神奇的问题

如果他坐在一辆以光速行驶的列车上

回头望远处的时钟

那么时钟上指针对他而言是不是就静止了？

因为指针在下一秒的图像也只能以光速传播

而这个图像是不是永远也追不上这辆光速列车呢？

如果默认光速是绝对不变的

那么将要求时间与空间可以相互转换

——空间可以被压缩，而时间也可能被拉长

而牛顿的绝对时空观也将被一个新的相对时空观所取代

于是相对论诞生了

在相对论里，万有引力的概念被时空弯曲所取代

一个存在质量的物体对周围物体的作用不再体现在引力上

而会体现为他使得其周围的时空产生弯曲

在这个弯曲的时空中的物体

总是会找最短的捷径来运动（短程线）。

好了，下面的问题是——

如果两个超级天体都使得其周围时空强烈弯曲（比如黑洞）

那么他们碰一碰，结果会是如何呢？

根据广义相对论的解释，那里会产生引力波

用一句现在流行说法，就将引力波称作“时空弯曲的涟漪”

而为了在深邃的宇宙中寻找这样一次碰撞所产生的涟漪

科学家们就制造了下面这个超级仪器

名叫激光干涉引力波天文台（LIGO）

这是目前世界上精度最高的引力波直接探测装置

目的是观测并记录宇宙中的引力波信号

当然，花巨资建造这个天文台只为寻找一个缥缈虚无的引力波

这个做法也招致了很多非议

有人说应该用这个钱去救济处于贫穷中的人

有人说应该花钱去拯救大自然

有人说应该更关注人类社会

嗯，说得都没错

不过，小漫觉得：

生活不只是眼前的苟且，还有诗和远方的田野

仰望星空，那里有人类的未来…

一百年前，爱因斯坦预言了引力波的存在

而一百年后，人们首次在宇宙中探测到了引力波信号

作为爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”

引力波的发现具有划时代的意义

这标志着人类在天体物理以及宇宙探索中又向前迈出了重要一步

人类上千年壮丽的天文史诗，小漫说得心潮澎湃…

你也澎湃了吗？