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引力波是什么，它的速度有多快，能超光速嗎？ 引力波是什么

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愛因斯坦廣義相對論中最驚人的預言之一是，不僅有物質、輻射等粒子形式的能量，還有引力輻射或時間空結構中的基本“漣漪” 。這是最難理解的事情之一 。帕特倫的支持者羅伯特·漢森想了解更多:
引力波是以光速傳播的微小時間空擾動 。然而，時間空可以比光速更快地膨脹和收縮 。壓縮波定義為收縮后立即膨脹產生的波 。這似乎制造了一個悖論:引力波以光速傳播，但似乎有一種理解認為它們是超光速的 。如何解釋這個明顯的悖論？
首先，讓我們從這種輻射的概念(以及它是如何產生的)本身開始 。

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圖片:NASA 空和哈勃遺產團隊(空望遠鏡研究所/大學天文研究聯合組織)是來自M87星系的相對論噴流，被帶電粒子加速 。
在電磁理論中——甚至在經典電磁理論中——產生電磁輻射只需要兩個條件:一個是帶電粒子，另一個是它通過的磁場 。粒子可以帶正電荷(如質子)或負電荷(如電子) 。如果它通過磁場，磁場會加速粒子，從而使其沿著圓形或螺旋形路徑移動 。
磁場越強，粒子的初速度越大，荷質比越大，粒子的加速度(或運動變化)越大 。
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圖片:歐南泰/左 。脈沖星卡薩達圍繞它的雙星伴星運行，在時間上產生引力波(或引力波)
但對于這樣的互動，既要保持能量，又要保持動量 。在作用過程中，只要電荷被外磁場加速，肯定會發出輻射，電磁學就是這樣工作的 。這種(電磁形式)輻射以光子的形式出現，根據產生方式的不同，可分為阻尼輻射、回旋輻射或同步輻射 。
在牛頓的經典物理學中，沒有中性輻射這種東西，但是愛因斯坦的廣義相對論改變了這一切 。巨大的輻射源——像粒子這樣的東西——類似于引力電荷，然而，空之間的彎曲結構本身類似于引力場 。在恒星、白矮星、中子星或黑洞存在的情況下，每當大質量粒子通過彎曲的空空間時，空空間可能會嚴重彎曲，它會發出類似電磁輻射的東西:引力輻射 。

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圖片:Todd Strohmeier(戈達德太空飛行中心)，通貨緊縮公鏈系統，NASA空-插圖:Dana Berry(通貨緊縮公鏈系統) 。
這種新形式的輻射既不是光子也不是創業網絡的任何其他形式的粒子輻射，而是結構本身在空之間形成的漣漪:引力波 。對于像地球這樣質量的行星繞太陽運行，它會產生引力輻射，引力輻射非常小，大約需要10.140宇宙年才能明顯改變軌道，所以我們永遠看不到它 。但對于質量更大、距離更近、場更強的系統，影響會更大:比如脈沖星雙星系統、我們銀河系中心周圍的超大質量黑洞甚至合并黑洞系統 。在這些情況下，可以觀察到軌道衰減，由于能量守恒，我們知道某些物質會被發射出來 。
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空是獨一無二的:當兩顆中子星開始圍繞一個共同的重心旋轉時，它們會發出引力波(左) 。因為這樣會導致兩顆中子星連續失去部分軌道能量，在螺旋軌道上慢慢相互靠近，環繞周期變短 。右圖顯示了雙脈沖星PSR j0737-3039的一些情況 。
毫無疑問，這個“物質”就是引力輻射(也叫引力波)，而且因為對脈沖星雙星系統的觀測，我們知道引力輻射的速度一定等于光速，這可以精確到0.2%！換句話說，引力波的波紋實際上以與光子相同的速度在空之間移動 。它們之間的主要區別在于，在重力輻射的情況下，這些波紋是空之間的結構所固有的 。

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時間空快軌道恒星(中子星、白矮星或黑洞)產生的漣漪 。圖片:NASA 空 。
然后，回到羅伯特最初的問題，當這些漣漪不是在(接近)靜態空而是在膨脹的宇宙中產生時，會發生什么？答案是:它們會像光子一樣被拉伸，受到宇宙膨脹的影響 。
【引力波是什么，它的速度有多快，能超光速嗎？ 引力波是什么】當光子在膨脹的宇宙中傳播時，它們的波長隨著空之間結構的膨脹而延伸 。它們的數量(和能量)密度會被稀釋 。雖然它們總是以光速行進，但發射器和觀測接收器之間的距離會發生變化 。例如，大約138億年前，大爆炸開始時，膨脹后10-33秒:
今天到達這里的光子距離138億年前的我們只有100米 。

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