透镜化引力波的散射问题及其应用

引力波的直接探测开启了引力波天文学时代.引力波传播路径中的大质量天体,例如黑洞、星系、星系团会散射引力波,发生引力透镜化引力波现象.这种现象包含动态引力场(引力波)、静态引力场(透镜体)以及宇宙学信息.透镜化引力波是引力波探测器重要科学目标之一.本文介绍了利用测地线方程、透镜方程和波动方程研究透镜化引力波的定态散射问题,回顾了利用透镜化引力波-电磁波系统研究引力波张量特性、干涉和衍射效应,以及其在引力波速度、哈勃常数、宇宙曲率、透镜体质量和子结构等方面的应用.     

广义相对论的新验证设计

爱因斯坦的广义相对论创立至今,已经先后经过了水星过日点进动、光线在太阳附近引力场中的弯曲、光谱的引力红移、雷达波传播途经太阳引力场往返时间的延缓、引力波的接收、爱因斯坦万有引力透镜观察星体的多重影像等几次实验检验。虽然说其中的有些检验精度不是很高,特别是引力波的重复接收实验至今未果,但是在检验条件允许的误差范围内,广义相对论所预言的几个效应还是存在的。不仅如此,爱因斯坦的广义相对论还直接导致了现代宇宙学的诞生。现代宇宙学的发展与广义相对论的验证紧密相连。现在,中国天体物理学家提出了"随宇宙初始的膨胀惯性,     

首个双白矮星引力波源被证实

正美国天文学家首次探测到由两颗独立的白矮星组成的双星系统,该系统名为J2322+0509,轨道周期短至1201秒,目前正产生引力波,是科学家确认的首个此类引力波源。这项研究的主要作者沃伦·布朗说:"理论预测称存在许多氦核双白矮星系统,最新研究为这些模型及未来实验提供了一个锚点,我     

爱因斯坦三大领域四大贡献

1905年,爱因斯坦一连写出6篇论文,尤其在3月到9月这6个月内,在3个不同领域中,他作出了4个有划时代意义的贡献.1905年,爱因斯坦发表的第一篇论文(写于3月)是关于光的基本性质的,提出"光量子"理论,把1900年普朗克创立的量子论大大推进一步,对早已成为定论的光的波动理论提出有力挑战,揭示了微观世界的基本特征:波动一粒子二象性.     

由“超光速”想到的

传闻一华裔物理学家在一次实验中把光速提高了300倍。众媒体直言:"这个实验直接向爱因斯坦的相对论中的‘光速恒定’挑战,并将动摇如今的物理学大厦……"云云。这个实验结果的真实性还有待进一步证实,不过实验本身却为我们提供了一个认识物理学自身发展及相关方法论的机会。实验——科学研究的重要手段人类在认识自然、探索科学真理的过程中历经曲折.正是实验方法在科研中普遍、系统的运用,才使人类的科研步伐大大加快。从那著名的比萨斜塔坠落的两个铁球到α磁谱仪的升空,从阿基米德的澡堂狂呼到超导实验室里的每一次突破——科学实验,在科研活动中起着举足轻重的作用。我们知道,科学的本质是物质运动的客观规律,是不以人的意志为转移的,它的一个重要特征就是要以经得起重复实验的检验。反过来说,重复实验所获得的同样结果可以称之为科学事实,科学事实是科学理论的物质基础.如果这个"超光速"实验真的可以     

宇宙和人

20世纪60年代,美国贝尔实验室的两位工程师在寻找卫星通讯的干扰源时,意外地发现了微波背景辐射,它是宇宙学家早就预言的大爆炸的余烬,从而为大爆炸论确立了它在宇宙学中的主导地位;以后物理学家古斯又以暴胀论完善了宇宙创生的整个理论.暴胀论说,蕴藏在空间的反引力,在宇宙年龄为万亿分之一秒时,促使宇宙发生迅猛地膨胀.这样,把很少量的一点物质变成了整个宇宙的能量和物质.也许有人要问,真空空间中的一小点物质从何而来?按量子论的测不准原理,诸如粒子的位置-动量、能量-时间是无法精确测定的,这是大自然的一条基本法则,它使得能量在真空中出现,只要很快地消失就行,因此形成了空间中的能量起伏.由于能量与物质是等效的(E=mc2,c为光速),故真空空间中也能爆出粒子,有时甚至出现大质量波动,但必须在极小空域(10-33厘米)内,这也就是霍金所说的婴儿宇宙,它具有极强的引力场,立即因引力塌缩而夭折在真空的娘胎中.我们的宇宙是这种大质量波动中幸免于难的一个婴儿,那是因为出现了暴胀,它在婴儿宇宙还来不及塌缩时,就一下子膨胀了1050,造就了包含宇宙全部质能的早期宇宙.为何其他的婴儿夭折于娘胎,只有我们的宇宙却因暴胀而进入真实世界?这还是一个谜!     

玻璃态物质的本质

玻璃自古以来便被不断使用,当今仍然是人类生活中无处不在、不可或缺的最有价值材料之一.然而,由于玻璃态物质是一种与固体、液体不同的介稳态物质,处于复杂的多体相互作用体系,玻璃态物质的本质一直是凝聚态物理中最富挑战的谜题之一.Science在创刊125周年之际将"玻璃态物质的本质是什么"这一问题列为125个最具挑战性的科学前沿问题之一.本文综述了玻璃态转变过程中的热力学和动力学变化规律、玻璃态形成的物理机制和理论预测、玻璃态的结构假说等玻璃态物质研究的焦点和难点,讨论了当前的研究进展并展望未来的研究方向,以期增加人们对玻璃态物质本质的新认识,为玻璃态物质的后续研究提供借鉴.     

晶体LaAlO3:Eu中Eu3+的光谱分析

本文针对LaAlO_3:Eu的晶体结构特征,利用DSCPCF模型和不可约张量方法,首次推导出D_3场中的配位场微扰矩阵元,设计了配位场理论算法和计算机程序,可用于三角对称稀土配合物的光谱解析,我们具体计算分析了LaAlO_3:Eu的低温荧光光谱的归属,结果与实测值相当一致.D_3点群的状态按照子群链关系SO(3)的不可约表示进行划分,相应的基向量标记为|(γSL)JιгPρ>,其中J,Г,P分别表示SO(3),O和D_3群的不可约表示符号,ρ是P的行标,且为三维旋转群基向量|JM>的线性组合,其中变换系数S_(M,P_ρ)~(J,ιг)=sum fromγS_(M,ιгγ)~JS_(γ,P_ρ)~(ιг)由文献[1]查得.若定义T_m~k为:则由张量算符方法和Wigner-Eckart定理,得到所有稀土4f~N(N=l,…,13)组态各支谱项在D_3场中的配位场微扰矩阵元表达式,仅为6个T_m~k参数的线性组合:线性组合系数f_m~k可按照J值分类列出.三个系数a,b,c与具体组态的支谱项有关.由理论分析可知,LaAlO_3:Eu具有D_3对称性,中心Eu~(3+)离子周围有12个氧原子配位,选择坐标系的OZ沿三重对称轴C_3,OX在垂直于c晶轴的平面、偏离a晶轴-30°角,则得到配位多面体[EuO_(12)]中配位氧     

一个星团,两个黑洞？

<正>宇宙中谁最"自私"?也许非黑洞莫属,它似乎永远不知道怎样与他人共存共生。不过,如今发现的两个黑洞却对此说"不"!黑洞是不台群的:它们不但从环绕的恒星那里吞噬气体,而且根据理论,它们还会将另外一个相对弱小的黑洞"赶"出自己的家园。然而令人意想不到的是,如今天文学家却在一个星团中,发现了两个独立的黑洞!非典型星团所有银河系中的星团都是很久以前形成的,短命的大型恒星死亡而变成了黑洞。这些黑洞的质量比星团内任何一颗仍然发光的恒星都要大,因此会下沉到星团的中心处。在那里,较为强大的黑洞会利用其巨大的引力将其他黑洞一一驱逐到偌大的星系空间,以保证在一个星团中只有一个黑洞系统。因此,人们长期以来的共识是,一个典型的球     

宇宙是唯一的吗?

宇宙是唯一的吗?本文介绍近年来宇宙学和量子力学中的"多重宇宙"概念.在暴胀宇宙中,可产生巨大数量的时空区域,这些区域不仅彼此脱离因果联系,且其中所展现的物理有效理论也可能是不同的.根据量子力学中的多世界诠释,世界在每次量子测量时根据其不同结果而分裂为不同的、各自独立演化的分支,至于这些分支是否"真实存在"取决于对"存在"的理解,因而更多的是个哲学而非科学问题.由于多重宇宙的概念很难被实验或观测所检验,因此它是否是一个科学上有意义的概念也是一个有争论的问题.     

数字WORD公式王国--矩阵集合篇

将mn个元素a11、a12、a13、……amn排成m行(横排是"行")、n列(纵排是"列")的矩形,我们将其称为m行n列的"矩阵".矩阵可以按照某些特定的规则进行加法、乘法以及数与矩阵相乘的运算.在我国古代用筹算法解线性方程组时就是使用筹码排成矩阵来进行运算的.而今,这一理论已深入运用到现代物理学、现代数学以及现代工程技术等广泛的学科领域.但要把这样一个由大量数字与有关符号组成的大"串联",我们该怎样在计算机中予以表现呢?别急,只要你按步骤套用WORD2000中的"Microsoft公式编辑3.0"的"矩阵"模板和其他常用模板,问题自然迎刃而解.下面我们先来看一个较为简单的矩阵编排:     

籼型杂种雄性不育水稻9814HS-1的育性与遗传分析

杂种雄性不育系是培育多系法杂交稻理想的遗传工具;杂种雄性不育性一般发生在水稻种间或亚种间,而鲜见于亚种内的品种间.本文报道了一份籼籼交杂种雄性不育系9814HS-1.田间观察结果显示, 9814HS-1在长沙10月初起或三亚3月中旬前抽穗则花粉彻底败育,结实率为0.00%,而同期抽穗的双亲T98B和M114B的育性正常.分子标记分析发现T98B和M114B的籼稻基因型频率分别达到了0.94和1.00;进一步分析注意到,它们与8个籼稻品种杂交的F_1株系结实全部正常,结实率达到了80.35%～91.87%,而与4个粳稻品种的杂交后代均高度不育,表明9814HS-1的双亲都具有籼稻属性.测恢试验发现, 9814HS-1的育性能被所测验的6个籼稻品种全部恢复(结实率达到了85.24%～93.21%),表明9814HS-1具有"三交种"育种利用潜力.遗传分析显示, T98B和M114B的正反交F_2和BC_1F_1群体中不育株与可育株的理论分离比都为1:3,推断9814HS-1的育性受两个非等位的杂合态核基因互作所控制.籼型杂种雄性不育系9814HS-1的发现为重新认识水稻生殖障碍提供了启示,对于建立杂种优势利用新途径具有重要意义.     

气相中FeO~+催化甲烷氧化的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,研究了四重态和六重态势能面上FeO+(4Π+,6Σ+)催化甲烷氧化这一催化循环反应,整个反应过程共有6条反应路径,其中最低能量反应路径为路径6.该路径共有6处交叉点(crossing point,CP),其中CP1和CP3最为重要,优化交叉点CP1,CP3所对应的最低能量交叉点(minimum energy crossing point,MECP).通过自旋-轨耦合的常数计算,得到MECP1,MECP3处的自旋-轨道耦合值分别为947.85和1372.51cm-1.MECP1和MECP3处的一次系间窜越几率分别为0.535,0.590.应用活化张力模型对基元反应中的竞争反应加以分析,解释了H原子转移的方向问题.运用Kozuch提出的能量跨度模型(energetic span model)计算了循环反应的催化转化频率(turnover frequency,TOF).通过对各个中间体和过渡态的XTOF(TOF控制度)的计算,最终确定了催化循环过程中的决速过渡态(TDTS)为TS1-2,决速中间体(TDI)为IM9,并得到催化剂的TOF为5.6716×10-42 s-1.     

用cpDNA matK基因和nrDNA ITS区序列确定我国特有植物四棱草属的系统位置

测定了我国特有植物四棱草属以及马鞭草科6属和唇形科13属共27个代表种的叶绿体DNA matK基因和核核糖体DNA ITS区序列.应用相对表观衍征分析方法(RASA)对所测DNA序列的系统发育信号及所选择外类群的有效性进行了统计评价.应用最大简约法(MP)、邻接法(NJ)和最大似然法 (ML)对matK和ITS序列进行了独立的和联合的分子系统发育分析.结果表明,四棱草与三花莸为姐妹群;Contino等提出的莸属复合群不构成单系类群,莸属4种具有复系演化关系;Contino系统中的筋骨草亚科形成一个单系分支.此外,本文结果支持马鞭草科与唇形科构成复系类群以及白骨壤属从马鞭草科中独立的观点.RASA分析和多基因联合分析为确定复杂类群间的系统发育关系提供了有效的途径.     

用cpDNA matK基因和nrDNA ITS区序列确定我国特有植物四棱草属的系统位置

测定了我国特有植物四棱草属以及马鞭草科6属和唇形科13属共27个代表种的叶绿体DNA matK基因和核核糖体DNA ITS区序列. 应用相对表观衍征分析方法(RASA)对所测DNA序列的系统发育信号及所选择外类群的有效性进行了统计评价. 应用最大简约法(MP)、邻接法(NJ)和最大似然法 (ML)对matK和ITS序列进行了独立的和联合的分子系统发育分析. 结果表明, 四棱草与三花莸为姐妹群; Contino等提出的莸属复合群不构成单系类群, 莸属4种具有复系演化关系; Contino系统中的筋骨草亚科形成一个单系分支. 此外, 本文结果支持马鞭草科与唇形科构成复系类群以及白骨壤属从马鞭草科中独立的观点. RASA分析和多基因联合分析为确定复杂类群间的系统发育关系提供了有效的途径.     

用极值理论研究大地震发生的模式——定时段最大地震震级的分布

(一) 若随机变量组{X_k,k=1,2,…,n}是独立同分布的,并且X_1的分布函数F(x)=P{X_1≤x}是已知的,则这n个随机变量的极大值X(?)=max{X_k}也是一个随机变量,并可知其分布函1≤k≤n数即G_n(x)=[F(x)]~n 对随机变量组的极大和极小值的分布以及有关其统计特性的研究,称为极值理论。在概率论与数理统计这一领域中,极值理论是本世纪二十年代以来逐渐发展起来的一个分支。它有着广泛的实用背景,它在理论上的成长与在实际中的应用从其开始就是结伴而行的。1925年L.H.C.Tippett对来自正态母体的样本的极值与其范围的研究被当作这方面工作的开端。1928年R.A.Fisher与Tippett关于样本中最大最小值频率分布的极限形     

退化矩阵β分布

作为与正态样本有关的分布,矩阵β分布(也称多元β分布)在文献中有大量的研究.令A～W_m(n_1,Σ)和B～W_m(n_2,Σ)为两个独立的维希特分布矩阵,Σ为一正定矩阵. 令C=A B.分解C=T′T,其中T为一具正对角元的上三角阵 令U=(T′)~(-1)·AT~(-1).则U的分布称为矩阵β分布并记为B_m((n_1)/2,(n_2)/2)其中n_1 n_2>m-1. 如果n_i是实数,则还要求n_i>m-1(i=1及/或2).如果n_1,n_2都大于m一1,则U是非退化的并具有在m×m正定矩阵空间上的密度.本文采用文献[2]中的记号,并记A(S)=diag(λ_1(S),…,λ_n(S)),其中λ_i(S)为S的第i大(非零)特征根,S∈_(m,n)~1·S_(m,n)~(?)上的微分形式定义为(dS)=2~(-n)|L|~(m-n)×     

飞秒脉冲激光穿越大气层的特性

对不同脉宽、不同中心波长、不同入射天顶角情况下飞秒激光脉冲在大气层中的传输特性进行了数值模拟.理论计算结果表明,在50 km高空大气的二阶色散值为3.44×10-6 ps2/km,与大气在海平面的二阶色散值(2.09×10-2 ps2/km)相比,约小4个数量级;在激光脉冲非垂直发射情况下,当入射天顶角小于60°时,谱宽为40 nm的飞秒激光脉冲的蒙气差值、大气角色散值以及时域色散导致的脉冲展宽量均会随入射天顶角缓慢增加,当入射天顶角大于60°时,这种增长会急剧变大.大气的角色散作用还会使传输光束的横向尺寸和光谱空间分布发生改变,但其改变量要远小于直径为200 mm的光束的衍射效应产生的相应变化.在垂直发射条件下,对于厚度为50 km的大气层而言,800,1064,1550 nm三个不同中心波长的瑞利脉冲宽度分别为700,605,495 fs.由于入射天顶角的增加直接导致有效传输光程增加,随着入射天顶角由0°增至90°,瑞利脉宽单调增加,最大可增至垂直发射时的3倍左右.     

煤成气及鉴别理论研究进展

煤系成烃理论形成经历了3个阶段:20世纪40年代发现煤能生气并可成藏,但未关注成油,创立了纯朴的煤成气理论;60年代发现煤中壳质组成油贡献大,可形成煤成油田,产生煤成油理论,但未关注成烃中的油气比例;70年代中国学者发现煤系成烃以气为主以油为辅,创立了完整的煤成气理论.煤系成烃以气为主以油为辅的根据:一是8个煤种中都发现有成气作用产物的气孔;二是煤的原始物质是由生气为主、低H/C原子值的纤维素和木质素组成;三是化学结构上煤以利于生气的甲基和缩合芳环为主;四是从泥炭至无烟煤热模拟实验获得大量气346~422 m3/t,只有少量轻质油.以往天然气类型鉴别以气相组分为主,现在把鉴别指标发展为气液固(干酪根)三相,扩大了鉴别范畴.从碳同位素、轻烃和生物标志物三方面,综合研制了鉴别煤成气和油型气的26个指标,还研编了若干鉴别图版和δ~(13)C-Ro关系式,提高了天然气鉴别可信度.煤成气理论开辟了天然气勘探新领域,使指导勘探天然气理论从"一元论"(油型气)发展为"两元论"(煤成气和油型气),为中国天然气工业快速发展提供了理论依据.2016年中国天然气和煤成气储量、产量与煤成气理论出现之前的1978年相比,分别提高了52,408,10和216.6倍,使中国从贫气国变为世界第6产气大国.     

中心质子化对Keggin型ɑ-[H_xW_(12)O_(40)]~(8-x)-(x=1～4)结构性能影响的DFT研究:笼内约束氢键的电子结构(I)

在前期理论研究的基础上,进一步采用密度泛函理论(DFT)中的O3LYP方法,研究了具有不同数目的中心质子对?-[HxW12O40](8?x)?(x=1~4)的几何结构和电子结构的影响.在LanL2DZ基组水平下,优化得到了各物种的稳定构型,并对优化好的构型作了NBO计算分析.研究发现,Keggin金属氧笼内质子的进入,对标题化合物的中心结构产生了较大影响,这些中心质子不仅被Keggin的金属氧笼"包合",而且与Keggin的4个中心氧之间构成了不同类型的四面体结构,同时还形成了强弱和取向不同的"笼内氢键",这些氢键受到Keggin金属氧笼(直径约7?)的"束缚"而成为"笼内约束氢键".基于键价(BV)模型,对这些特殊的分子内氢键进行了系统分析,首次提出了?-[HxW12O40](8?x)?的中心质子数具有"饱和性",并推测了标题化合物金属氧笼内质子的饱和度为6.这就从理论上科学回答了该类化合物金属氧笼中心到底能够容纳多少质子的困惑问题.