
爱因斯坦广义相对论最出乎意料的预测之一是,不仅存在着基于粒子的物质,辐射和其他形式的能量,而且还存在着引力辐射本身,这是时空结构上的基本“涟漪”。 这是最难理解的概念之一,我们的读者希望了解有关此主题的更多信息:
引力波是时空以c速度传播的扰动。 但是,时空可以更快地扩展和收缩。 但实际上,膨胀紧随收缩是压缩波的定义。 这似乎是自相矛盾的:引力波以速度c移动,但是对于它们而言,似乎存在超光速运动的可能性。 怎么解决呢?
首先,让我们从辐射的概念以及它的外观开始。

在电磁学中,即使在经典电磁学中,电磁辐射的出现也只需要两件事:电荷和其移动的场。 电荷可以是正电荷(如质子),也可以是负电荷(如电子),如果它在磁场中移动,它将加速并自旋,以周期性或螺旋形轨迹运动。
磁场越强,速度越高,电荷与质量的比率越大,加速度(或运动的变化)越大。
但是在这种相互作用中,必须保持能量和动量,因此,在电磁学中,每当电荷被外部电场加速时,它都必须发射辐射。 它以光子的形式表现出来,根据发生方法的不同,它被称为
致辐射 (德语:)致辐射),
回旋加速器或
同步加速器辐射。
在牛顿物理学中,不会有重力辐射,但爱因斯坦的广义相对论改变了一切。 大量源(例如粒子)具有重力电荷的类似物,而弯曲空间类似于重力场。 每次有大质量的粒子在弯曲的空间中移动,并且可以在恒星,白矮星,中子星或黑洞旁边强烈弯曲,它将发出电磁辐射的一种类似物:重力辐射。

这种新形式的辐射将不是光子或其他类型的辐射,而是在空间结构中传播的重力波。 对于绕太阳公转的大约地球质量来说,引力辐射是如此之小,以至于轨道的显着变化需要大约
10,140个年龄的宇宙。 我们永远不会注意到这一点。 但是对于质量更大,距离更短,场更强的系统,后果更加严重:对于双脉冲星,围绕银河系中心的一个超大质量黑洞运行或合并这些黑洞。 在这种情况下,人们可以观察到轨道的减少,并且由于需要节省能量,我们知道有东西可以带走它。

这应该是引力辐射(它也是引力波),由于对双脉冲星的观察,我们知道该辐射的速度应等于光速,精确度为0.2%! 换句话说,波以与光子相同的速度在空间中移动。 主要区别在于,在重力辐射的情况下,这些波是空间结构的组成部分。

那么,如果读者提出的这些波动不是在静态空间中产生,而是在一个扩展的宇宙中产生的,那会发生什么呢? 它们像光子一样伸展和扩展。
在扩展的宇宙中传播的光子的波长随着空间的扩展而延伸。 这些粒子的浓度和能量降低,尽管它们始终以光速传播,但源与观察者之间的距离却增加了。 例如,在138亿年前的大爆炸热潮刚开始时,通货膨胀仅10
-33秒之后:
•今天到达我们的光子距离我们138亿年前只有100米。
•他将旅行138亿年,并在一个扩展的宇宙中旅行138亿光年,其波长将增加28个数量级。
•今天到达我们的光子的源头是距我们的461亿光年。
听起来疯了吗? 引力波也正在发生同样的疯狂! 引力波纹还必须通过扩展的宇宙传播,并且还必须以光速(扩展或不扩展)在空间中移动,其波长就像光子一样伸展。 引力波“骑”在空间的结构上,就像水波“骑”在水的表面上一样。 如果将石头扔进河里,涟漪不仅会沿半径向外扩散。 它会向外扩散,同时会被河水带走。

空间结构上的引力波纹的行为大致相同:波以它们在介质中始终移动的速度-以光速c-移动,但有时介质也移动。 这并不意味着它们超过光速,就像光子在138亿年前从其开始旅行的来源相距460亿光年时并没有超过光速一样。 引力波的行为应有的表现。 压缩和扩展的对应物确实非常好。 掠过的波浪使空间的结构以及其中的所有事物和粒子变形,以某种方式拉伸和压缩它们。
但是它以光速在宇宙中传播,并考虑到空间结构的行为:扩展,收缩或保持静态。 这就是解决这一悖论的方法:波浪以c的速度行进,无论它们通过的环境如何变化!