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对目前热门的“引力波解释学”的三点质疑

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发表于 2016-3-11 18:34:23 | 显示全部楼层 |阅读模式


(2015——2016宇宙学哲学手稿)第一点质疑:LIGO的探测器直接地探测到引力波。


   北京时间2月11日美国国家自然科学基金会携加州理工、麻省理工和LIGO科学合作组织(LSC)的科学家向全世界宣布,LIGO(激光干涉引力波观测站)首次直接探测到了引力波,相关的论文——“合并双黑洞系统引力波辐射的观测”发表在2016年2月11日一期的《物理评论通讯》上。根据LIGO科学家发布的信息和论文来看,2015年9月14日,LIGO的两个引力波探测器同时探测到一个短暂的引力波信号,相对强度为1.0 ×10-21 ,频率覆盖35到250赫兹。科学家以爱因斯坦广义相对论为基础开发了物理模型,根据模型的推断,信号来自于双黑洞系统的合并,这个双黑洞系统距离地球大约为410兆秒差距,也就是大约13亿光年。这是人类第一次探测到引力波,也是第一次探测到双黑洞系的合并。科学家用激光干涉仪首次探测到引力波,探测器由两条互相垂直的长臂组成,长臂的两端挂有两面高反射率的镜子,激光束打入仪器的长臂之后,在镜子之间来回反射,科学家由此对光程差引起的微小变化进行检测。对引力波的检测需要极其高的技术条件:比如:隔离真空、隔离振动等,隔离振动包括外部环境致使的振动和内部设备引起的振动。


   根据LIGO使用的激光干涉仪技术手段来看,似乎还不能认定LIGO团队的科学家直接地探测到引力波,应该属于间接地探测到引力波的信号。引力波携带能量,可被探测到 ,但引力波的强度很弱,物质对引力波的吸收效率极低,直接探测引力波极为困难,曾有科学家宣称在实验室探测到引力波,但未得到公认。天文学家通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在 ,例如:双星体系公转、中子星自转、超新星爆发,黑洞的碰撞和捕获物质等事件,都能辐射较强的引力波。几乎所有的天文学家和物理学家都完全相信引力波的存在,只是此前我们不能直接探测到它们。在人类能够感知的尺度下,引力是一个很弱的相互作用,只有靠天文中大质量星体的运动,才能产生相对强的引力波。引力波对地面上的物体产生的影响是微乎其微的,这次探测到的引力波,振幅为10-21,在LIGO距离4公里的镜子中,其相对的距离只是变化了10-18米左右,是原子核尺度的一千分之一,如此微弱的距离变化,人类在以前根本没法测量,LIGO探测器处于精密测量科学的最前沿。什么才能证明科学家直接地探测到了引力波昵?我们可以提出一种观点,即:赫兹发现电磁波才是一种真正意义上的直接验证,如果科学家在量子物理学的基础上验证了“时空纤维”的存在和它们的波动现象,作为公民科学者的我们才能真正相信引力波被彻底地直接验证了,否则,无论如何“直接”,还是一种间接的手段,激光臂长度值的微小变化毕竟不是“时空纤维”的微小变动,而且,某种宇宙爆炸事件引发的“冲击波”似乎也能产生激光臂长度的“应变”,所以,LIGO团队宣称的“直接验证”可能还需要更多的直接验证。


  

第二点质疑:黑洞在引力辐射中丢失了物质。


   根据LIGO团队科学家的解释,两个黑洞的质量分别大约是36个太阳质量和29个太阳质量,其中引力波辐射损失的质量大约为3个太阳质量,这个发现表明存在太阳质量级别的双黑洞系。根据科学家对“引力波物理学”的解释,它与电磁波天文学有非常相像的地方,电磁波天文学主要以电磁波的观测为手段,而引力波天文学通过测量引力波来研究各类天体及宇宙现象,在二十世纪中叶逐渐兴起。引力辐射和电磁辐射相比,作用强度要相对弱了很多,所以在直接观测上有着巨大的挑战。在引力波理论中,物质运动或者物质质量发生变化都会激发引力辐射。从数学上来讲,可以把任何物质或物质系统的质量分布以质量多极矩的形式表示出来,引力波是由于质量多极矩随时间变化时辐射的,物质的质量单极矩是它的质量,根据能量守恒定律,它是一个常数,不随时间变化,因此不会有类似的引力辐射产生。


   在两个黑洞相互接近绕转的过程中,根据广义相对论的数学物理模型,这是一个随时间变化的四极矩,因此会不断朝外辐射引力波,而引力波的辐射会把两个黑洞之间的引力势能降低,所以两个黑洞的距离会变小。随着两个黑洞的距离变小,它们之间相互绕转的频率会变得更快,最终两个黑洞碰撞并合在一起,这一过程会放出大量的引力波能量,因此,引力辐射是由物体运动或质量分布发生变化时产生的。作为公民科学者的我们并不怀疑黑洞的引力辐射原理和损失的质量,只是需要科学家详细地解释黑洞质量损失的原理,因为,黑洞中的物质通常达不到逃逸的速度,甚至光子也无法逃脱黑洞强引力的作用,所以,黑洞中的物质究竟是怎样通过引力辐射的方式从黑洞中逃逸出去的,甚至一点点的能量辐射到达了我们的地球,我们需要加州理工和麻省理工、中科院和中科大等科研机构和高校的物理学家和天文学家给出更详细的解释。本作者认为引力波发现所带来的最大物理学课题之一可能就是如何解释黑洞中的物质为什么发生了“胜利大逃亡”的景观?如何解释“黑洞物理学”的这一矛盾?这难道不是一个诺贝尔物理学奖的课题?





 楼主| 发表于 2016-3-11 18:34:43 | 显示全部楼层
第三点质疑:没有引力,只有引力波。

   根据广义相对论的推论可知,高速运动的物体和宇宙中大质量的天体碰撞都会产生极强的引力波, 这些引力波传到地球上时会变得微乎其微,因此,需要极高灵敏度的引力波观测站来探测引力波。引力波是什么?根据多数科学媒体的解释,引力波就像时空结构中的涟漪,如果把空间想象成一块巨大的橡胶膜,有质量的物体就会让橡胶膜弯曲,就像我们站在蹦床上时引起床垫变形一样。质量越大,空间被弯曲得越厉害,比如:地球围绕太阳转动的原因就是因为太阳质量非常大,导致太阳周围的时空出现巨大变形,如果地球在巨大的变形周围以直线运动,其实是在沿着一个圆周运动,没有实际的力拉着地球运转。我们需要指出的是,以上的解释似乎不是在解释引力波,而是在解释引力是如何产生的,我们以为引力波和引力的概念还是有一定的区别。

   根据物理学家的解释,只要有质量的物体加速运动,改变了空间形状,引力波就产生了,可以将引力波想象成湖面上的涟漪。当高密度、大质量的物体在宇宙中运动时——比如:黑洞或者中子星,它们会在时空的垫子上泛起涟漪,这些波纹携带着大质量物体的引力辐射,在广阔的宇宙中传播。激光干涉仪引力波观测站就是为了捕捉这种微弱的波动。天文学家可以通过观测双星轨道参数的变化间接地证明引力波的存在,螺旋形靠近的中子双星系由于质量高、加速度高,因此在合并时会发射出强大的引力波,引力波是以波动形式传播的引力场。按照广义相对论的解释,引力是时空弯曲所产生的一种性质,质量可以导致这种弯曲,当物体在时空中运动时,附近的曲率就会随之改变,大质量物体运动时所产生的曲率变化会以光速像波一样向外传播,这一传播现象就是引力波。作为公民科学者的我们没有怀疑高速运动的、大质量的物体产生了更强的引力波,只是需要对引力波传播引力的观点提出质疑,从引力的空间几何解释来看,引力只是空间弯曲的一种性质,没有“力的作用”的引力,引力波不是引力传播的载体,引力波只是一种时空结构的波动。没有引力的直接作用,也就意味着牛顿的万有引力定律只是一种“虚幻”的物理描述,万有引力常数可以用时空曲率一类的数学概念来代替。第三点质疑与其说是一种质疑,不如说是一种对牛顿万有引力定律“恋恋不舍”的怀旧心情。

   引力波的发现给各路科技界的“武林高手”和各类公民科学家的“武林盟友”提供了“一显身手”的舞台,他们或者“集体亮相”、或者“悉数出动”,除了我们熟悉的人物,比如:霍金和格林以外,还有许多我们以前不熟悉的人物,比如:华人科学家陈雁北和温琳清。“引力波”成了媒体最热门的词汇,引力波的发现在科学界引发的效应之一就是诞生了多少有些哲学意味的“引力波解释学”。本作者提出的“三点质疑”也属于“引力波解释学”,其中的第三点质疑不是针对引力波的发现,而是对引力波传播了引力的“经典解释”提出了质疑。引力波传播了时空的“扰动”,而不是传播了引力,在爱因斯坦的广义相对论中,牛顿的引力概念是多余的,于是,我们可以对一种十分流行的地球和太阳之间“引力互动”的解释提出质疑,这种解释认为,如果太阳突然消失了,由于引力波的光速传播,我们的地球会“原地待命”,8分钟之后才“不宜不舍”地飞离太阳系。我们的一种“解释学”的观点是:引力波需要8分钟的时间从太阳传播到地球,但是,太阳质量对时空的弯曲应该会“即刻”解除,如果太阳突然消失了,我们的地球应该即刻飞离太阳系。通过太阳和地球“引力互动”的这种“思想实验”,我们可以提出的问题是:物体质量对时空的弯曲不需要时间,不需要引力波的传递,或者物体质量对时空的弯曲需要时间,需要引力波的传递,流行的解释显然支持了后一种观点。

作者:邓如山(yywgs@163.com)
时间:2016-3-9
 楼主| 发表于 2016-3-12 10:41:30 | 显示全部楼层
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发表于 2016-5-8 19:05:56 | 显示全部楼层
问得有水平。
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