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- 2015年
- 548期－廣義相對論百年 （8月號）
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2015-08-01來自深空的交響詩—重力波
548 期
Author 作者
林俊鈺、游輝樟
重力，是生活中最熟悉的基本作用力，也是科學革命的起源之一。
自16世紀以來，科學家如哥白尼、布拉赫、伽利略、克卜勒等人，從天體軌道的觀測歸納出行星運動的規律與太陽系的樣貌，並且在牛頓的《自然哲學的數學原理》中精簡成三大運動定律與萬有引力定律，影響了往後約兩百年的科學思想。
1915年，愛因斯坦的廣義相對論，對強重力下的牛頓理論做了修正，並成功解釋水星軌道偏移（進動）（參考動畫）與牛頓理論所預測的差異。這每一世紀僅僅43角秒的微小偏移，代表兩個理論對時空本質截然不同的解釋。重力被重新詮釋成質量彎曲時空的結果，所造成的現象如時間延遲、光線偏折或是重力造成的頻率偏移等，已在過去一個世紀中太陽系內的各種精密實驗得到證實。我們日常生活中所依賴的全球定位系統，也利用廣義相對論進行修正，以抵銷高度約兩萬公里的衛星與地面的時間差。
《自然哲學的數學原理》
進動參考動畫
(Wiki, https://goo.gl/UPVqud)何謂重力波？
廣義相對論發表的隔年，愛因斯坦發現弱重力場近似下的場方程式具有波動特性：就如同電荷的加速會輻射出電磁波，質量的加速也會輻射出重力波，並以光速傳遞重力場的能量、動量與角動量。
所謂的重力波，即是「時空曲率」以波的形式向外傳播的擾動。時空曲率是引力的來源，當光線經過質量較大的星球時，會造成光線路徑的彎曲。質量越大，所造成的曲率也越大。時空曲率也會影響長度或角度等幾何性質的變化，而長度變化比率正比於重力波的振幅。任何非對稱的質量分布變化（精確地說，是質量的四極矩變化：以橄欖球為例，沿著長軸轉動並不會產生重力波，但沿著其他軸轉動則會）都會產生重力波，例如旋轉的中子星、或其他緻密星體如黑洞的互繞與碰撞、超新星爆炸、甚至是宇宙誕生的大爆炸，都會產生如漣漪般的時空曲率波動，並傳遞至地球造成微小的長度變化。
來自月球的潮汐力。
重力效應無法藉由單顆粒子的運動來測量，因為我們無法區分局部重力與加速下的慣性力兩者間的差別，如：電梯上升瞬間的加速度，就像重力一般會使人感覺變重（即等效原理）。真正可觀測的效應是潮汐力，即物體因重力，而感受到垂直兩方向的收縮及擴張，就好像地表海水受月球影響在不同處形成的漲潮與退潮。 ……【更多內容請閱讀科學月刊第548期】