引力波如何影响质量？答案众说纷纭，真相竟藏在阿基米德的浴缸中

每当我看到有关引力波的问题，艾米莉狄更森的诗总浮如今脑海中。

坦述真理但无所谓偏颇——

成功就在于弯曲回环

我们懦弱的喜悦经不起

真理的不凡惊喜

像闪电时的劝慰之于孩子

获得悉心解答

真理必需徐徐浮现色泽

不然所有人都邑失明——

原因在于每小我切入这个话题的角度分歧，很难判断谁在用艰涩难懂的措辞道出实情，又有谁错得离谱却夸夸其谈。当巴别塔越造越高，每小我都起头说着分歧的说话。

如许想着，我感受有责任拿出我的兵器库中最具杀伤力的文字对象来介入这个话题：阿基米德的浴缸的故事。

引力波是引力随时间和空间的转变。引力波的转变对证量有如何的影响？

质量会跟着空间和时间转变，但若是一个系统中每个质量都以正好同样的速度转变，则探测不出任何转变，因为质量的测量是相对的。

为了激发直觉的感化，我会把问题触觉化：

Q: 阿基米德的浴缸中一个水下的气泡被压力波慢慢挤压。同时，短的横波被压缩的气泡反射，经由一个压力波导致的稍微相移。压力波对气泡的质量有什么影响？这与相移又存在如何的关联呢？

A: 若是气泡的质量由气泡中粒子相对于水的活动界说，那么增压会经由温度转变和扭转转变造成质量的转变。反射波的相移对气泡直径的转变在多快的时间内转化为温度和扭转的转变很敏感，因为增加的内部活动会抵消压缩。若是压缩与内部活动的增加之间存在显着的延迟，能够凭据反射横波估量压力波。若是没有显着的延迟则弗成以。

这幅图景能够从新界说为气泡是地球，而又长又慢的压力波是来自深空的引力波。若是重力波改变了地球和月球的相对证量，那么我们就能够探测到月球反射的光波相位的微小转变——不是因为到月球中心的距离改变了，而是因为月球自己的直径发生了转变。不幸的是，因为激光束的发散和精度要求，这是一个弗成实行的测量。

同时，LIGO试图测量引力波引起的地球反射镜之间的相移，然则这个转变对于要测量的数量来说实在太小。相移应该是一个质子宽度的几分之一——或许一根头发的宽度与到半人马座α星再回来的距离之比。

关于反射镜中的原子尺寸若何应重力转变而回响，我们没有实验常识，也没有直接的关于引力波若何与单个粒子耦合的常识。（注重，我使用了“转变”和“耦合”这两个词，因为我们不关心不乱态。）

这或者是LIGO避免像我所做的那样用原子收缩来构建他们的实验的原因，相反，他们敷陈我们，空间在引力波和光波中以分歧的速度伸展和收缩。我完全不赞成这种讲话体式，因为它会导致轻率的思虑。

你能够把空间描述成一个坐标系，物质在这个坐标系下活动、伸展和收缩。或许你能够把空间描述成，当波穿过时收缩和伸展的器材。LIGO选择了后一种老例，这是欠好的，因为它回避了任何对物理机制的描述。

据我们所知，LIGO留下的一个难点是，一个质量粒子或一个光粒子在引力波击中它时，会以几乎沟通的体式改变巨细，那么你若何用光来测量引力波呢？你不克。阿基米德浴缸里的气泡解说了这一点。迈克尔逊·莫雷利最初的实验也表清楚这一点。

若是有一个与LIGO并行的、运用完全分歧的机制来测量同样效应的实验，我就会选择相信它，但其他的选项都不如LIGO有进展。

你能够测验经由微小的温度转变，或经由数发生和消散的粒子数来测量质量的相对转变，然则我们无法在充沛短的时间内获得充沛多的统计数据来正确测量。

若是你想要思虑一些比阿基米德的浴缸更复杂的器材，碰运气：科尔斯滕·黑客对“声音流的最佳注释是什么？”和“若是声波没有真正的物理动量，那么脉冲来自哪里？”的回覆。参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. forbes-村村

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