硅基世界之旅

老郭胖子

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第273章 质心

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蔓藤开讲——介绍什么是质心。

先看定义:质量中心的简称。质点系的质心是质点系质量的平均分布位置。

两个天体的质心,并不一定在两个天体距离的中心。具体看质量。

宇宙是个复杂统一的系统,我们单看两个天体的质心。也算理想状态。”

郭二点头:“宇宙就是个理想状态。老师您不是要解释为什么两个黑洞合并,会有质量减少吗?”

蔓藤笑:“别着急听我慢慢解释……

两个天体合并之前,相互缠绕运动,就是在向质心靠拢。

霍金在解释黑洞无毛时候说,相对论证明——运动的天体有一个部分能量,以引力波形式释放出来……

郭二摇头:“原话是运动的重物会导致引力波的辐射,那是以光速旅行的空间曲率的涟漪。引力波和电磁场的涟漪光波相类似。但是要探测到它要困难的多。”

蔓藤点头:“那为什么运动的重物会以引力波辐射能量呢?”

郭二回答:“我也查书了,《相对论》里说的是非欧几里得平面上高斯坐标点之间的关系。怎么个关系,我没看懂。反正要到那个点必须释放或得到能量。

不过高斯坐标给了我灵感——你看真空介电常数与什么有关系?

它只跟电磁场有关系。那么与之类似的引力有没有真空常数呢?”

巨炮回答:“那不是质量引起的时空弯曲曲率吗?它也只跟引力源有关系。下来要作类比?电磁场与引力场……

探秘笑:“同学们思维是真发散啊!可是……我们楼歪了。”

蔓藤笑:“不算太歪,讨论这个也对。

我们再解释真空介电常数——是真空电容度,是电磁学中度量物理量引进的常数。电磁波以光速穿行在真空中。

然后我们看真空引力常数……它也是类似于波。它们产生的原因——都是有一个能量源。”

郭二苦笑:“电磁一出一回。质量怎么一出一回的。换句话质量怎么引起时空弯曲的?”

蔓藤点头:“这就回到本质了——质量的做工形式。质量在重力场里的运动轨迹变化。

质量本质也是一个场。是能量的一种表现形式。在重力场里物体的能量就表现为重量,动量,电磁场三个方面。

动量就是质量x速度就是方向问题。可以是重量,又不全是重量。

这个有点乱。我举个例子。假如宇宙中就两个物体——郭二和它脚下的星球。那郭二的能量怎么求呢?

二者相对静止的时候就是郭二的重量,电磁场强度——温度。

运动的时候就得加运动方向上的速度,乘以重量。这就是第三个观察点看见的。”

郭二摇头:“我现在就懵了,这都什么跟什么啊?这要无限的添观察点是不是运动量越来越乱……

矿井笑:“这得按比例分出大小。就像月球围着地球公转的同时围着太阳转。你站在太阳的点看月球的运动轨迹也是个圆。月球绕地球公转轨道可以忽略不计。

站在银河的中心,你可以看见整个太阳系围着它旋转。地球公转轨道,就可以忽略不计。”

探秘笑了:“老师啊,同学们基础可以慢慢补全,但你这答案也没给呢,得到量子力学吧?量子场论……

蔓藤笑:“没基础也理解不了啊。麻烦你调出郭二同学记忆中的《时间简史》里的pSR1913+16区域示意图来。里面中子星引力波示意图上的那颗星体。

在这纠正一点,我们看见的波是它们发出的引力波——就是消失的质量引起的时空弯曲。它们质量本身引起的时空弯曲不能表示。

而且引力波的扩散方向是四面八方的,但不一定是均匀的。就是黄道面上最大或最小。

关于天体质量三种测量方法就不说了。

这个四面八方,最大最小。最重要。这也是我要介绍的流形场的基础。两个相互缠绕运动的物体它们的引力指向了质点。

质点也是在一个流形场内运动的。是一个三维的空间。不是一个平面内。因为宇宙中还有其它的力,引起涟漪。

在这又出现一个新名词。瞬时质点。指的某一时刻两个天体之间的质点。

两个天体相互缠绕向质点运动。它们的动力哪来的?”

郭二皱眉:“这不又绕回来了吗?万有引力啊!为什么有引力啊,它们质量引起时空弯曲了。质量为什么引起时空弯曲呢?

我知道有时空涟漪。运动的重物一部分能量,以引力波方式释放出去了。这里的引力波时空弯曲与它本身质量引起时空弯曲方向相反。”

蔓藤拍手:“有这点就够了,我们把两个相互缠绕的星体统一到图形里面。

像不像两个涡旋的合并呢?”

郭二白眼:“您这又扯到哪里了?它们俩的受力跟涡旋受力一样吗?”

蔓藤笑:“你只看涡旋表面的话,还是一样的……只不过星体是立体的而已。'

郭二皱眉:“这立体的怎么想?”

蔓藤笑:“你就想一个以它俩为焦点的椭圆体。围着它俩中心连线上的质点旋转。同时在向质点靠近。假设它俩质量一样大,这个质点在线段中心。

那么新问题来了,在这个质点上,是引力最大吗?”

郭二想了一会。回答:“可能是在那个点上的物质的重力场最小。但两个中子星太远的时候,不显。太近的时候,星体就被撕碎了。

您的意思在这椭圆形体里,两个焦点连线上潮汐力最大?”

蔓藤摇头:“我的意思是两个中子星中心连线上万有引力最大。给两个星体增加一个相互靠近的力。

但是引力实在太小了……

郭二笑:“力量小也没问题,量子飞踹在宇宙中都管事。但是原来星体惯性太大了,运动方向不能一下改变。

但是质量怎么引起时空弯曲您还是没说啊……

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