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对于黑洞来说28+47=72，而不是75

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对于黑洞来说28+47=72，而不是75

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对于黑洞来说28+47=72，而不是75


从数学上来说 ， 28+47=75 。 但对于某些遵循万有引力定律的物理物体来说 ， 加法并不总是那么简单 。 如果你将一个28倍太阳质量的黑洞和一个47倍太阳质量的黑洞合并 ， 最终得到的黑洞将是72倍太阳质量 ， 而不是75倍 。 事实上 ， 任何两个黑洞合并在一起 ， 其质量都会小于初始质量 。
我们在生活中学会的首要科学法则之一是能量守恒 。 它告诉我们 ， 能量永远不会被创造或消灭 ， 只能从一种形式转化为另一种形式 。 如果你举起一个重物 ， 你必须对重力做功 。 当你放下物体时 ， 势能转化为动能 ， 在物体撞到地板的那一刻 ， 能量转化为各种各样的形式：热、变形、声等等 。 此外 ， 还有一种能量最容易被忽视 ， 在宇宙大事件中极其重要 ， 它就是引力波 。
引力波携带能量【对于黑洞来说28+47=72，而不是75】当一个质量穿过一个空间区域 ， 其中潜在的时空曲率发生变化 ， 或者即使时空曲率保持不变 ， 质量也在加速 ， 这种相互作用会导致发射一种特定类型的辐射：引力波 。
任何围绕其他质量运行的质量都会发射出它 ， 较小的质量通常会受到最大的影响 。 例如 ， 我们认为地球在稳定的轨道上围绕太阳运行 ， 但这在技术上并不完全正确 。 如果太阳保持它的质量永远不变 ， 地球就不会永远在椭圆轨道上运行 。 相反 ， 行星会慢慢地辐射能量 ， 它们的轨道会衰减 ， 最终会螺旋形地进入太阳 。 地球可能需要约102?年的时间来接受这种命运 ， 这是一段难以观测的漫长时间 ， 但如果引力辐射是真的 ， 这种衰变将会发生 。
然而 ， 存在许多天体物理场景 ， 其中引力波的影响要明显得多 。 一般来说 ， 任何存在于广义相对论中的效应在以下情况下会最强：质量很大、距离很小、空间的曲率很大 。 黑洞的质量最大 ， 体积最小 ， 可以在最近的距离上接近 ， 并表现出最大的空间曲率 。
但黑洞是极其难以探测和观察的 ， 而许多中子星有一个标志性特征：它们的脉冲非常有规律 。 当一颗脉冲中子星围绕另一颗大质量的恒星运行时 ， 我们可以开始测量这些脉冲的行为 ， 它们揭示了一些有趣的东西 。
如果中子星处于一个完全稳定的轨道上 ， 不会因为预测的引力波的发射而以任何方式衰减 ， 那么我们接收到的脉冲模式将会随时间而恒定 。 然而 ， 如果轨道在衰减 ， 我们会看到脉冲模式的演变 ， 特别是我们会看到轨道本身开始加速 。
自20世纪60年代以来 ， 我们就知道了双星脉冲星 。 通过对这些天体的长期观察 ， 我们不仅看到了我们所观测到的脉冲模式的变化 ， 而且这种模式的变化与广义相对论所预测的引力波发射的方式完全一致 。
黑洞合并的近似数学在所谓的双黑洞系统中 ， 当一个黑洞围绕另一个黑洞运行时 ， 每个质量都会受到另一个质量的弯曲时空的影响 。 当它们相互环绕时 ， 质量和弯曲的时空相互作用 ， 导致引力辐射的发射 。 质量的大小、质量的分离以及质量在弯曲时空中移动的速度决定了振幅、频率和通过引力辐射发射的能量 。
令人惊讶的是 ， 绝大多数的能量释放发生在这些质量相互围绕的最后两到三次轨道上 ， 以及在合并本身的时刻 。 如果不是能量峰值出现在最后 ， 我们可能会完全错过我们看到的许多引力波事件 。 在很多情况下 ， 只有在这最后的几毫秒内 ， 我们才能得到引力波信号高于噪声的可靠信号 。
那么 ， 黑洞合并有多少能量可以转化为引力波能量？有一个简单的近似你可以来回答这个问题 。 只要取两个合并的黑洞质量中较小的那个乘以0.1 ， 这就是质量大致转化为引力波能量的量 。 “小质量的10%”是两个黑洞合并时质量转化为能量的极好的近似 。
如果你有两个黑洞合并 ， 你知道它们的初始质量 ， 你可以预测这些质量中有多少会成为最终的质量 ， 合并后的黑洞 ， 有多少会以引力波的形式辐射出去 。 例如 ， 有46个太阳质量和40个太阳质量的黑洞合并 ， 最终的黑洞将是82个太阳质量 ， 其中4个太阳质量被辐射出去 。

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