物質的重力..會不會讓本身的重力引起紅移?(不是問光譜紅移)

版主您好 重力波雖名之為波卻與一般的波大不一樣 重力波的觀念其實只是類比出來的由於廣義相對論對重力的描述內容在經過弱場近似 (或稱線性近似) 處理之後發覺與電磁場有許多相似之處且Maxwell方程具有輻射解因此便猜測愛因斯坦方程的弱場近似也應該具有輻射解的形式 但是請注意：當沒有進行弱場近似的處理時是無法推導出重力波喔因此「重力波」只適合在與重力場源相對距離無窮遠處才有意義這時位在遙遠的黑洞當然不會對我們產生甚麼巨大的影響但只要一靠近黑洞重力波的理論就失效了黑洞還是很恐怖的黑洞 先解釋一下甚麼是重力波愛因斯坦的廣義相對論認為重力並不是力它只是時空彎曲的結果當靠近黑洞或大質量星體時時空彎曲劇烈必須完整使用愛因斯坦方程並以幾何的方式處理才能得到正確的結果但是當遠離到無窮遠處若仍用彎曲時空的方法來描述與計算就有點累人了因此便採取了弱場近似的方法把我們所處的時空環境看成是平直的閔可斯基時空再把原「彎曲時空」描述成：「平直時空」再加一項「影響時空變化的微弱因子」運用量場的「微擾理論」將此「微弱因子」當成大家所習慣的「重力場」如此便建立了：「無窮遠處之重力源對我們產生重力場擾動」這樣的論點這種擾動則以重力波的形式表現出來 以上重力波的描述或許很抽象我舉一個生活周遭容易想像的首先要先知道星體是如何使周遭時空產生彎曲請參考我之前的回答(因非最佳解答 請找其他回答004)http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1011060506309#ooa_hash然後假設有一泳池泳池中注滿阻尼係數非常大的液體(阻尼係數多大？很抱歉 目前科學家還不知道時空變化的脈動阻尼有多大只知道不小我們就把此液體當作是蜂蜜好了)當我們在池內液體中某一個固定位置讓一顆彈性橡膠球由體積幾乎為0”瞬間急速”脹大此時「球的突然存在」對周圍空間的液體產生排擠此排擠效應向四周輻射傳遞出去而在無窮遠處會感受到液體的微弱震盪這種震盪模式類似是一種波這就是重力波 這種時空彎曲的變化是打從星體一”存在”的那一刻產生而重力波的震盪也只有在”存在”當口的那一刻發出然後就快速地趨向靜寂(因為阻尼係數大)在遠處只會感受些微的時空擾動因為它不是”一直”發出的所以當星體質量與位置趨於穩定之後這種時空的擾動就無法偵測到了 再補充一點重力波方程式等號右邊的重力場源還是與Maxwell方程式中的電磁場源有根本的不同電磁場源本身只描述電磁波發出的機制 因此可以精確地描述紅移現象但是重力波方程式中的重力場源不僅僅存在重力波發出的機制還包括重力場本身 故其波動的形式異常複雜所謂的頻率完全無法正確描述更不要說紅移現象了 歷史上宣稱偵測到重力波是在1974年 Russell Hulse及Joseph Taylor發現由一對脈衝星組成的雙星系統名叫 PSR1913+16 (PSR是指脈衝星 1913+16指它在天上的位置)因為是雙星系統星體會不斷的高速的移動位置才有辦法讓時空不斷的變化 脈衝星是快速自轉的中子星其發射的電磁波對觀察者來說宛如一串脈衝這對脈衝星其中一個所發出的脈衝剛好是向著地球方向的脈衝星的脈衝周期非常有規律準確率甚至可以和石英鐘相比Russell Hulse及Joseph Taylor觀察到每隔7.75小時脈衝周期就會周而復始的增長和縮短經對脈衝星作長時間的觀察後發現這個雙星系統的半徑和周期都在下降而旋轉速度則在上升他們解釋這現象的成因：就是系統的能量正以重力波的形式流失 一九九三年Russell Hulse及Joseph Taylor就憑著脈衝雙星的研究榮獲諾貝爾物理獎 必須說明Russell Hulse及Joseph Taylor的成果還是有許多物理學家抱持著懷疑的態度因為重力波是愛因斯坦方程式的弱場近似做法而且推導過程中有太多的項被略去即有太多過程都用了”approximation”的手法一個不精準的理論得到一個令人懷疑的觀察結果而且還是一個引人爭議的獲獎因此現階段仍很難讓人信服

2011-09-14 16:40:01 補充：
因字數限制
我將補充內容寫於意見欄中

2011-09-14 16:42:08 補充：
〉〉 愛因斯坦的廣義相對論認為
重力並不是力
它只是時空彎曲的結果 --
但它確實可以傳遞位能..告知對方..或是和對方交換位能或動能 ( 總之..力的變化可經由此"波或場"傳遞 )〈〈

我同意啊
不過並不用「位能變化」來形容
而是「時空曲率梯度」

越接近時空彎曲的源 → 曲率越大
越遠離源 → 曲率越小
不同的時空曲率之間會有最短的傳遞距離
就是時空曲率梯度

只是我在文中已經說明了
當靠近源時
時空彎曲劇烈(曲率大)
愛因斯坦方程式是無法表達成「波」的形式的
只有在離源無窮遠處才有機會近似地看成「波」
而這個「波」是一種「輕微的時空擾動」

2011-09-14 16:43:31 補充：
最後一段話就有些倒果為因了
〉〉站在基本粒子力場 ..如果基本粒子本身有受到普朗克時間的限制.. 作用力並非連續傳遞的話..
此時的重力就應該有波動〈〈

基本粒子領域確實已經統合了「四大基本缺一力」
但就是對「重力」沒轍
所以用它來論「重力」的性質
說真的
很難讓人信服！

再次強調
「重力」在現階段只有廣義相對論能夠成功地描述
如果要我選擇「重力」最理想的條件
我只相信廣義相對論的說法
而廣義相對論的說法
我已經在回答中說明了

2011-09-14 18:14:51 補充：
不過我還是必須聲明
我完全尊重基本粒子領域為自己尋求發展空間這樣的做法
說不定以後真的會由他們來統一目前的局面

2011-09-15 18:42:23 補充：
唉！

本來不太認同 不兄 的做法
如今還真的有點佩服他的先見之明

對於完全不懂GR的人來說
解釋再多都是多餘的！

這幾天耳朵癢，感覺有人在想念我。原來是真的！

版大：您好！
一個眾人皆知亦多有親身經歷的現象：由車所發出的警號得知，當車向您接近時，它警號的音頻變高，當它經過您的身傍，警號的音頻轉為平和，然後車遠您而去，音頻變低；不過請留意的是，車警號所發出的音頻在整個過程內是沒有改變。電磁輻射的波頻也是一樣(聲音的傳播是傳導介質的電磁力作功)，電磁輻射的波源發出一電磁波後，該電磁波頻就不會更變，只是接收該到電磁波的糸統，因應與波源的相對速度快慢和方向，而顯現紅移或藍移的現象；其實狹義相對論所討論的就是這些事情。 當然重力波不是電磁波，它們的物理特性應有異同，不過如"物體重力波..會被自己的重力給紅移"的話，重力塲就不會展現，也觀察不到重力；因此推測，物質的重力波不會因自身的重力而被紅移。
重力波、引力子、希格斯粒子這些與重力有關的東西還未有在實驗中現身，現時有關的推斷是說不上對錯；也許它們不存在

2011-09-13 23:31:33 補充：
回 版大：
您忘了幾何級回饋效應的威力？

我不熟重力波的問題, 但我想還是可以回答你.
Again, in short,

1, 2, 3... of gravitational wave, YES.
黑洞... NO.

不過你的舉例看來很多問題.
重力波 =/= 重力場!
重力場沒有頻率, 沒有甚麼紅移不紅移的!

例如星體體積變小, 重力場不會變小!
( 常常舉的例子是, 即使太陽現在變成黑洞, 它對地球的引力是一樣的, 地球的軌道不會有任何變化!! )

ps. 放假去了, 沒人要答再寫吧 :>

2011-09-15 16:54:05 補充：
to : 超級螞蟻

>當沒有進行弱場近似的處理時 是無法推導出重力波喔
>但只要一靠近黑洞 重力波的理論就失效了

weak field condition / linearization / perturbation 是物理學家處理複雜問題時會首先採用的簡化手段.
重力波(事實上幾乎大部份物理)可由此簡化方法推出來,
『不! 並不! 完全不! absolutely NOT! 不不不表示重力波在強場下就不存在』

事實上毫無疑問在強場的情況下(黑洞/中子星雙星系統)重力波效應會更明顯.
我們有大量文獻探討強場下的重力場/波行為.

2011-09-15 16:57:10 補充：
例如我們可以研究極強的重力波, 在它本身的重力下collapse成黑洞!!
( 重力波是能量, 相對論說能量會產生重力/時空彎曲 )

當然這些重力波不會是像GR入門教科書上那種可視為perturbation的重力波.
但毫無疑問它還是重力波!
這些問題不能用簡化/近似計算得到, 但可以丟到電腦模擬!!
這早就已經不是那個甚麼東西都還用紙筆推導的年代了!


to 江大,

>普朗克時間....
重力理論(GR)並不相容量子力學, 無人可以回答你那些問題.

I think you've gone too far....

為啥你的發文會被刪啊??

希望整理後大家比較不會頭暈~~

意見者： 土衛六 ( 初學者 3 級 )
發表時間： 2011-09-10 21:46:52

找到了，淡江大學天文社：

重力波是一種與光波有些相似的波動，光波來自光源，重力波起源於重力源，它們皆有特定的頻率與振幅，並且在真空中以光速前進；甚至重力波與光波一樣，在旅行了很長一段路程後，由於宇宙擴張的緣故，發生頻率變小的現象（紅位移）。

問題是還不知道為啥......

2011-09-12 06:52:56 補充：
意見者： 土衛六
為啥你的發文會被刪啊??

是我自己刪的..當我問的問題會讓人頭暈時..我就會設法重整 ..

刪掉後重新整理再發文 ~~ (希望看的人比較不會頭暈)