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罗胖精选 | 一个让科学家等了100年的奇迹

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发表于 2018-7-21 11:18:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 luojisw 于 2018-7-21 11:18 编辑

罗胖精选 | 一个让科学家等了100年的奇迹

和你一起终身学习,这里是罗辑思维

今天的罗胖精选,来自少年得到App的《严伯钧・少年宇宙课》。

严伯钧老师是我见过的人中,最能把一个复杂的陌生知识说得清楚明白,而且还有激情、有意思的。

他在得到App的《西方艺术课》,很受欢迎。但实际上,他的专业是物理学。他是香港科技大学理论物理学硕士,后来到美国布朗大学攻读博士学位。他的老师里,有两位得过诺贝尔物理学奖。

所以从去年开始,我们就和他商量,能不能给孩子开一门宇宙学的课?

经过将近一年的打磨,这门课现在终于在少年得到App上线。知识体系很完备,每一讲都让我大开眼界。

下面,咱们就来听听其中一讲的内容。


我们先来看看这个名字——引力波,顾名思义,它由引力和波两个部分构成。我们先来谈谈什么是波。你在日常生活当中有没有感受过什么波的存在吗?往平静的水面上扔一块石头,石头会在水面上激起很多的涟漪,这就是水波,所以水里面是可以产生波的。

那么我现在再来请你思考一个问题,鱼,生活在水里的鱼它能不能意识到水的存在?鱼由于每天都生活在水里面,它是意识不到水的存在的。

那么水波对于鱼来说,就更加难于察觉。因为当这个水波流过鱼身边的时候,鱼只不过是跟着水一块波动,它并不会意识到自己在动。这就好像你坐在一辆非常平稳运行的高铁上,如果不看窗外的风景,你根本是意识不到你自己在动一样。

那么爱因斯坦是怎么看待这个问题的呢?根据爱因斯坦的观点,我们人就好像鱼一样,我们生活在空间当中,但是反而意识不到空间的存在。或者换一句话来讲,对我们来说空间是天然的背景,它太自然了,自然到你都不会去注意它。但其实这个空间对我们来说就好像水对于鱼一样,它也是一种物质,它也可以像水一样发生波动。

解释完了什么是波,我们来解释一下什么是引力。万有引力,很简单,你扔一个东西,它就会掉到地上,好像这个被扔出去的东西是感受到了一种力把它拽到地面上的。

这个时候爱因斯坦又来了,爱因斯坦说引力不是一种力,而是一种空间的扭曲和变形。这个听上去非常拗口,什么意思呢?你先别着急,我们来做一个简单的思维实验。
罗胖精选 | 一个让科学家等了100年的奇迹

你先想象一张床单,这个床单都见过,我们找四个人,每个人拉住床单的一个角把它张平了。这个时候你在床单的比较靠边的位置,你放一个小小的乒乓球。这个乒乓球很轻,所以它肯定是会很安静地待在床单上的。

这个时候你再拿一个更加重的球,比方说是一个保龄球,保龄球非常重。你把它放在床单的中央,由于这个保龄球太重了,它会把床单压下去,这个床单会向中间凹陷,它肯定会影响到旁边的乒乓球。这个乒乓球就会沿着床单的凹陷向保龄球滚过去,所以总体的感觉就好像乒乓球是受到了保龄球的吸引一样,好像保龄球也对乒乓球产生了一个吸引力。
罗胖精选 | 一个让科学家等了100年的奇迹

那么爱因斯坦认为,其实我们的空间跟这个床单是一样的,我们的空间是一个整体,那为什么地球会对周围的事物产生所谓的万有引力呢?地球就好像这个保龄球一样, 会使周围的空间发生像床单一样的扭曲和凹陷,周围的物体它不是感受到了地球的存在,它也不是感受到地球对它有一个引力,而是地球把空间扭曲了,这些物体自然而然地就向扭曲的方向运动,宏观上看上去就像被地球吸住了。

所以引力不是一种力,引力是一种宏观的效果。本质上是地球或者说任意一颗大的星球的存在,让周围的空间像床单一样发生了扭曲。

你现在知道了什么是波,你也知道了什么是引力,我们现在来把它结合起来,那就是引力波了,我们还差一步。

继续用这个床单的实验。如果我用一只手按在这个床单上的保龄球上面,我上下不断地去按它,一上一下就像拍皮球一样。这时候这个床单肯定是一会深一会浅,深深浅浅,就会形成上上下下的振动。那这个振动的总效果就跟一个波一样,所以引力波的本质就是空间发生了扭曲,而且这个扭曲还不是固定的,它可能一会儿大一会儿小,像水波一样上下振动,规律地变化,这个就是引力波。

所以我们终于讲明白了,其实引力波就好比在水里扔了一块石头产生的水波一样,对应的就是你在空间中扔了一个星球,这个星球在空间中突然地出现,它会让空间扭曲产生一定的涟漪,这个涟漪就叫做引力波。

本质上你一定是要把空间当成一种物质,它也能受到扭曲,它也能受到变化。那我们的空间受到的扭曲跟变化还有一种规律的抖动,这个就是引力波。

为什么引力波那么难以被检测到,让人类花了100年的时间。这个原因其实非常非常简单,就是引力波实在是太弱太弱太弱了,弱到没有办法被察觉。

那你可能会说引力怎么会弱呢?地球上那么多的东西全都被吸在地球上的。我们说引力小,那得看它跟谁比。

现在假设我们有一根铁钉掉在地上,它是在引力的作用下,被吸在地面上。但是同时这颗铁钉它又可以很轻松地被一块极小的磁铁给吸起来,但是一块磁铁才多大点,地球可是如此巨大的庞然大物,这么大个地球,它的力道还没有一块小磁铁大,你说它的引力是强还是弱呢?所以说引力跟磁力比起来简直是弱得可怜。

那么引力比磁力要弱多少呢?简单来说,可以这么讲,我们的地球比一块磁铁大多少倍,引力差不多就比磁力弱多少倍。

所以,引力波的强度实在是太小了,我们人类的科学仪器对于小的引力波根本就检测不到。

那为什么在2016年的时候,整整过了100年我们又检测到引力波了呢?是人类的科学实验仪器进步了吗?还真不是,这原因是因为在宇宙中发生了一件大事情,那是一件什么大事呢?就是两个大黑洞它们合体了,它们并在了一块变成了一个完整的黑洞。

那你可能就要问了,为什么得是两个黑洞合在一起才能在宇宙中闹出这么大动静呢?光一个黑洞难道不能闹出什么大的动静吗?

一个黑洞只是引力大,我们再回顾一下那个张开的床单上放一个保龄球的例子。

如果这个床单上面只是安静地放着一个很重的保龄球,一个黑洞相当于一个很重的保龄球,它会把床单压得非常深,但是床单是不会动起来的,它只能扭曲空间,所以一个黑洞不会产生什么明显的引力波。

但是这个时候如果第二个保龄球进来那就不一样了,这两个保龄球如果还发生了激烈的碰撞,那你可以想象这个床单必然是被搅得天翻地覆,这个引力波肯定就非常明显了。

所以说我们来总结一下为什么要两个黑洞,而且这两个黑洞它还要碰撞。

第一,只有两个黑洞碰撞了,宇宙这个空间的床单才会被搅得天翻地覆,才会有动静。

第二,它们必须得是黑洞这样引力极大的天体,才能够保证这个动静很大,大到我们可以探测到。
罗胖精选 | 一个让科学家等了100年的奇迹

所以说本质上不是我们的实验仪器进步了,而是我们等了整整100年才等到了这么两个黑洞合体的奇迹。但是你千万不要觉得100年时间很长,要知道我们的宇宙已经存在了150亿年。如果把这150亿年比作宇宙的一年,这100年对宇宙来说真的是过了一秒钟都不到。

所以说并不是这个事情发生的次数很少,只是我们人类太渺小,活的时间太短了。你看长短的相对性又出来了,我们跟蚊子比我们活得是足够长,但是我们跟宇宙的年龄比我们是太微不足道了。

现在你搞明白了,为什么过了100年,我们才把这个引力波探测出来,因为我们在等,这个千年等一回的大奇迹。

来源:得到



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发表于 2018-8-15 16:46:33 | 显示全部楼层
似乎有点懂了,讲的很好,通俗易懂
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