插圖兩個(gè)黑洞相互環(huán)繞，碰撞發(fā)出引力波。黑洞 (Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)
（神秘的引力地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（By Robert Lea）：當(dāng)黑洞碰撞并合并形成更大質(zhì)量的黑洞時(shí)，這一暴力過(guò)程會(huì)在空間結(jié)構(gòu)中激起漣漪。波波一個(gè)新的紋穿模型表明，當(dāng)這些引力波在時(shí)空中傳播時(shí)，碰撞它們是黑洞如何相互作用的，時(shí)空是引力由阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論推廣的空間和時(shí)間的統(tǒng)一。
通過(guò)更清晰地展示黑洞碰撞如何使時(shí)空“振鈴”，波波該模型可以表明地球上的紋穿科學(xué)家如何使用引力波探測(cè)器，如激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)，碰撞了解更多關(guān)于發(fā)射它們的黑洞事件。LIGO在2015年首次探測(cè)到來(lái)自合并黑洞的引力引力波，該信號(hào)被命名為GW150914。波波
以前，紋穿當(dāng)物理學(xué)家模擬黑洞合并和它們通過(guò)空間發(fā)送的引力波時(shí)，他們只是用線性數(shù)學(xué)來(lái)做，沒(méi)有考慮這些波在向外傳播時(shí)如何相互影響或相互作用。通過(guò)考慮這些相互作用，一組研究人員相信他們可以更詳細(xì)地模擬黑洞碰撞，揭示所謂的非線性效應(yīng)，并在黑洞問(wèn)題上檢驗(yàn)廣義相對(duì)論。
這個(gè)由模擬極端時(shí)空(SXS)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的新超級(jí)計(jì)算機(jī)模型的關(guān)鍵是更詳細(xì)地模擬這些碰撞和引力波，以揭示這些非線性效應(yīng)。
加州理工學(xué)院(CalTech)研究生、SXS團(tuán)隊(duì)成員基夫·米特曼(Keefe Mitman)在一份聲明中說(shuō):“非線性效應(yīng)是當(dāng)海浪沖擊海灘時(shí)發(fā)生的。”“波浪相互作用，相互影響，而不是獨(dú)自前進(jìn)。對(duì)于像黑洞合并這樣激烈的事情，我們預(yù)料到了這些影響，但直到現(xiàn)在才在我們的模型中看到它們。”
米特曼繼續(xù)補(bǔ)充說(shuō)，SXS團(tuán)隊(duì)從模擬中提取波形的新方法使人們有可能看到引力波傳播的非線性效應(yīng)。
線性與非線性引力波模型
米特曼打了個(gè)比方來(lái)描述線性和非線性引力波模型的區(qū)別。
“想象有兩個(gè)人在蹦床上。如果他們輕輕地跳，他們不應(yīng)該影響其他人那么多。這就是當(dāng)我們說(shuō)一個(gè)理論是線性的時(shí)候會(huì)發(fā)生的事情，”解釋說(shuō)。“但如果一個(gè)人開(kāi)始以更大的能量彈跳，那么蹦床就會(huì)扭曲，另一個(gè)人就會(huì)開(kāi)始感受到他們的影響。
“這就是我們所說(shuō)的非線性:蹦床上的兩個(gè)人因?yàn)閷?duì)方的存在和影響而經(jīng)歷新的振蕩。”
在新的模擬中，黑洞碰撞產(chǎn)生了新類(lèi)型的波，米特曼說(shuō)，在更大的引力波下挖得更深，會(huì)發(fā)現(xiàn)更多具有獨(dú)特頻率的新波。

插圖兩個(gè)黑洞相互環(huán)繞，發(fā)出引力波。(Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)
SXS團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)始人是加州理工學(xué)院和康乃爾大學(xué)的理論天體物理學(xué)教授索爾·特考斯基·羅賓遜。他也是第一個(gè)掌握如何使用廣義相對(duì)論方程來(lái)模擬黑洞碰撞階段的人，這一階段被稱為“振鈴”，它發(fā)生在兩個(gè)天體碰撞并合并之后，引力波在這一點(diǎn)上達(dá)到最高振幅。
“需要超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)整個(gè)信號(hào)進(jìn)行精確的計(jì)算:兩個(gè)軌道運(yùn)行的黑洞的本質(zhì)，它們的合并，以及沉降到一個(gè)單一的靜態(tài)殘余黑洞，”Teukolsky說(shuō)。“對(duì)這一階段的新的非線性處理將允許對(duì)波進(jìn)行更精確的建模，并最終對(duì)廣義相對(duì)論是否是黑洞的正確引力理論進(jìn)行新的測(cè)試。”
SXS團(tuán)隊(duì)希望這些發(fā)現(xiàn)將為下一代引力波探測(cè)奠定基礎(chǔ)，這將加深我們對(duì)這一現(xiàn)象的理解，這一現(xiàn)象首次預(yù)測(cè)于1915年，但100年后才被探測(cè)到，以及對(duì)重力的理解。
該團(tuán)隊(duì)的研究記錄在論文資源庫(kù)ArXiv上的一篇論文中，并發(fā)表在2月21日的《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上。