地理知识 | 世界是波动的世界

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世界的美妙在于波动

也因为波动

我们才能感知这个世界

”

太阳打冷颤，外星机械波

“SOHO”是“太阳和日球层天文台”的缩写，它的主要工作之一就是“收听”太阳每时每刻震动的情况。（图自网络）

在我们眼中，太阳似乎永远都是一个安静的“气球”，每天只负责发出强烈的白光，给我们带来光明与温暖，然而实际上太阳时时刻刻都在剧烈震荡。

太阳因何如此狂躁不安？我们不妨设想一下地球上的海面，海的表面什么时候平稳过？太阳是由一种特殊的流体—“等离子体”组成。可以想象如果用手捏一个水球和一个铁球，打上一拳，哪一个更容易被引发“地震”呢？无疑是水球。太阳上的这种震荡称为“日震”，它的能量来源和地震类似，源自内部能量释放，但不像地震那样只持续很短的时间，作为一个有“弹性”的“水球”，它可以像弹簧一样保持持续的震动。

太阳到我们的距离非常遥远，它上面的微小震荡对我们不会有什么影响，然而天文学家却发现，日震波真是一个好东西，我们可以利用它来看看太阳里面是什么样子。太阳是个“千层饼”，它的物理环境层层不同，各种波的状态到了每一层也会发生相应的变化。最后当这些日震波穿越了不同的环境，终于冲到太阳表面时，人们就可以知道这些波曾经“游历”的地方是什么样子，这就如同地质学家可以通过分析地震中的机械波来知道大地的分层结构是一样的。

宇宙出彩虹，电磁波的传说

电磁波谱，图自123rf.com.cn

神说，“要有光”，但光究竟是什么？就连牛顿、爱因斯坦、波尔也费了大脑筋，最后得出的结论是—光的本质就是一种电磁波，和我们收听到的广播一样。电磁波的传播自由无阻，遥远的恒星把光传到我们这里，不用担心路上缺少“传输介质”。

既然光也是波，那么就应该有低频和高频，眼睛为了分辨不同频率电磁波，将它的频率赋予了“颜色”的意义。当年牛顿用三棱镜造出了第一条“人造彩虹”之后，人们开始用这种“分解光线”的视角来重新审视我们的自然界。

对于遥远的星光，人们最感兴趣的就是谱写一套它的“光谱”，结果发现它们的“光谱”也如同一道道绚丽的彩虹，不过这些彩虹有的和太阳光谱类似，有的则偏蓝紫，有的则偏橙红。有了光谱，我们就可以去看看遥远的恒星上都有什么宝贝。

时空有波纹，宇宙的涟漪

图为AST3-2，我国在昆仑站安装的第二台南极巡天望远镜。

北京时间10月16日22时，科学家们在多国宣布成功探测到第一例双中子星引力波事件，人类首次窥见引力波源头的奥秘。我国包括南极巡天望远镜AST3-2、国内第一颗空间Ｘ射线天文卫星慧眼望远镜在内的多台设备参与观测引力波事件，我国科研人员还借助引力波光谱解开了宇宙中金、银等超铁元素的产生之谜。（报道引自新华社）

日常生活中，“引力波”这个词语几乎不被人们提到，当爱因斯坦将“引力波”的概念展现在人们面前时，人们不禁惊愕：这是什么东西啊！引力波，就是时空的波动。当遥远的地方两个超大质量黑洞碰撞，当池塘中一只青蛙猛然跃起，都会产生一种波动——引力波，通过它，我们可以探测到更遥远的天体剧烈行为。

我们熟悉的机械波是以物质为媒介的；电磁波不以物质为媒介，但它本质上是物质。而引力波呢，它由物质产生，但它本身不是物质而是空间，传播也无需物质参与。这如何理解呢？且慢，胡克有一句经典的“废话”：拉弹簧的时候用力越大，弹簧就线性变长，与之类似，爱因斯坦也说：按照广义相对论，有物质，时空就弯曲，我们可以让时空变形，就像我们能让弹簧变形一样。

“时空是弹簧，看你强不强。”究竟是谁造就了引力波？其实任何物体的整体加速运动，或者自身的不规则变化，都会产生引力波。但是这些引力波太微弱，我们无法探测到。产生明显的引力波需要两个要素，第一是密度要大，第二是运动要快。两个高密度的天体碰撞、绕转就可以产生能量很高的引力波，比如中子星，从它上面挖火柴盒大小的一块，上百辆重型卡车都拉不动。可时空弹簧太“硬”了，即使这样大的能量也只能对时空引起很小的扰动，所以能探测到引力波是非常难得的事情。

内容来自

《博物》2008年09月

撰文/范锡龙 李春

责任编辑/张超

开下脑洞，你认为可以在我们的日常生活中如何应用引力波？

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