有人问了一个这样的问题:请问引力波、电磁波、光子、x射线、伽马射线和中微子在本质上相同吗?
光子、中微子是基本粒子,属于物质范畴;而引力波和电磁波是物质运动引发的现象。而x射线、伽马射线属于电磁波的某些频段辐射。
电磁波是我们宇宙最广泛存在的一种辐射波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性。频率是电磁波的重要特性,按照频率顺序把这些电磁波排列起来就是电磁波谱。而题目所说的x射线、伽马射线只是电磁波谱中的一小段。此外,无线电波、微波、红外线、紫外线都是电磁波谱中不同频率的幅射波。以上这些频率的电磁波不被人的眼睛所见。我们能够看见的可见光也是电磁波中的一段,波长在380~780nm。
光子则是电磁波的载体,电磁辐射是靠光子来传播的。所以x射线、伽马射线、光子、电磁波这一堆名词都是一个圈子里的东西。
从共性来说,它们都是以“波”的形式传递,都有频率,传播速度都是光速,它们都是长程力,理论上影响无限远。
它们的重要区别在于:
首先,它们是性质完全不同的两种“波”。我们已知宇宙存在四种基本作用力,即万有引力、电磁力、强力、弱力。引力波从属于万有引力,电磁波从属于电磁力。
其次,它们发生的源头不同。电磁作用归根到底是电荷引起的,电磁波起源于偶极辐射;引力是由质量引起,是质量对时空曲率的扰动形成的辐射波,起源于四极子辐射。
再次,它们传播的媒介不一样。电磁波传播媒介是光子,具有波粒二象性;引力波是对时空的扰动,是时空本身的折叠和波动,表现为时空涟漪。有人认为引力波传播媒介为“引力子”,但尚无定论,因此是否具有波粒二象性也尚无定论。
2016年人类首次探测到的引力波力度,只移动了LIGO探测器4公里长臂1个质子直径的万分之一尺度,这也是爱因斯坦提出引力波预言后,科学家们苦苦寻找了100年才得到验证的原因。
另外在传递或者发射过程中,电磁波能与物质相互作用,被反射或吸收。但引力波与物质相互作用非常微弱,会引起与潮汐力类似的伸缩作用,但在物质中通过时的吸收率极低。
这一点非常重要,基于此,引力波能够穿透电磁波不能穿透的地方,这种时空涟漪能够带给人类许多过去无法了解的信息。比如宇宙大爆炸初期那不透明黑暗的30万年到底发生了什么,黑洞和一些奇异天体里面到底在发生什么故事,暗物质暗能量的秘密等等。
因此,引力波的发现为人类进一步揭开宇宙奥秘具有里程碑式的意义。
这种基本粒子个头很小,质量极小,到底有多小尚无定论。中微子几乎不与物质发生相互作用,因此可以轻易的穿越一切物质,包括自由穿越地球。
中微子是粒子间各种弱相互作用产生出来的,从太阳流出的中微子不计其数,我们人体每秒钟会有1000万亿个来自太阳的中微子穿堂而过,不管日夜都如此,不过我们没有感觉。
中微子的运动速度相当光速,但到底是光速还是接近光速尚无最后定论。
中微子与前面所说的电磁波和引力波相比,是两种不同的事物,无可比性。一个是物质,一个是物质运动的结果(现象),因此本问题把这些搅在一起,不伦不类。
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