平面引力波能量密度的规范不变性

本文在线性与严格平面引力波情况下,讨论了不同的引力场能量动量表达式所定义的能量密度的引力规范不变性问题,并指出这两种情况仅为协变无迹能量、动量、张量给出规范不变的能量密度.     

基于Landau-Lifshitz表述的双极化态柱面

根据引力场能量动量的Landau-Lifshitz表述,求出了笛卡尔坐标系中的双极化态柱面引力波能量动量密度及角动量的具体形式;结果表明采用笛卡尔坐标系可以合理地描述双极化态柱面引力波.     

基于Landau-Lifshitz表述的双极化态柱面引力波的能量问题

根据引力场能量动量的Landau-Lifshitz表述,求出了笛卡尔坐标系中的双极化态柱面引力波能量动量密度及角动量的具体形式;结果表明:采用笛卡尔坐标系可以合理地描述双极化态柱面引力波。     

鬼场暗能量密度的宇宙演化

用来解释宇宙加速膨胀的鬼场暗能量近期被提出.分别从暗能量密度与哈勃函数的正比和二次函数关系出发,求解Friedman方程,推导出无量纲能量密度和态方程参量随宇宙尺度因子演化的结果.计算表明:无量纲鬼场暗能量密度在后期趋向于1而态方程参量在后期趋向于-1,呈现出宇宙学常数的形式.     

基于胡宁表述的柱面引力波能量动量赝张量

利用胡宁表述求得了单极化态柱面引力波能量动量赝张量的具体形式, 通过对其正定性、 渐近行为及总能量的分析和讨论, 发现适用于史瓦西球对称引力场的胡宁表述对于柱面引力波尚不能避免由引力场总能量不确定性带来的困难.     

双极化态柱面引力波的能量动量赝张量

利用Papapetrou表述分别计算了柱坐标系和笛卡尔坐标系下双极化态柱面引力波的能量动量赝张量,发现笛卡尔坐标系是描述柱面引力波更为合理的坐标系,Papapetrou表述仍不能解决坐标的选择带来引力场能量动量不确定性的困难。     

引力场的能量动量赝张量与Peres引力波

本文利用段一士、胡宁、郑玉昆、李承尧、Goldberg、爱因斯坦、朗道一栗弗西兹等人提出的引力场的能量动量赝张量表示式,计算了Peres引力波的能流密度和能量密度,对其结果进行了比较和讨论。     

双极化态柱面引力波的能量动量赝张量

利用Rosen-virbhadra（R—V）给出的引力场能量动量赝张量的一般表迭式，计算得到了双极化态柱面引力波能量动量的具体形式，并讨论了其正定性问题与渐进行为．发现：R—V的笛卡尔坐标形式是对双极化态的柱面引力波能量动量更为合理的表述．     

引力波探测检验广义相对论

自2015年9月14日人类第一次探测到引力波以来,引力波探测的进展非常迅速.到目前为止LIGO已确认双黑洞并合引力波探测结果5例,分别为GW150914,GW151226,GW170608,GW170104和GW170814.以及确认的双中子星并合引力波探测结果1例,GW170817.另外还有疑似双黑洞并合引力波探测结果1例LVT151012.受引力波探测的驱动,关于引力波的物理学和天文学研究自2016年以来的发展也异常迅速.引力波的成功探测定性地支持了广义相对论.但引力波探测作为涉及强引力场、强动态时空区域的实验,它还可以定量地检验广义相对论,甚至有可能发现广义相对论的适用范围,指引超越广义相对论引力理论的发展.本文将针对如何利用引力波探测检验广义相对论的问题,从引力波定性性质、引力波极化自由度、引力波传播速度以及引力波波形特征几个方面作一个较为全面的介绍.     

引力波探测器联网的定位能力

引力波是爱因斯坦最重要的预言之一,是检验广义相对论正确性的重要工具.引力波理论及其探测一直以来都是理论物理学家和实验物理学家感兴趣的研究领域.事实上,随着科学技术的发展,人类已经具备了建造极度灵敏的地面探测器以及空间探测器的能力,直接探测引力波已经成为现实.2015年9月14日,LIGO首次直接探测到引力波,该信号源自一次双黑洞并合事件,自此人类进入引力波常规化探测阶段,终于拉开了引力波天文学时代的序幕.地面引力波探测器最主要的波源是处于旋近和并合阶段的致密双星.如果在探测到这些波源所辐射出的引力波信号的同时,又能观测到波源对应的电磁波信号,那么引力波信号和电磁波信号可以相互补充,形成新的观测模式.然而单个地面引力波探测器很难准确地探测引力波信号,也不能进行波源精确定位,将多个探测器联网组合,这样既能准确探测引力波信号,又能大幅提高引力波波源的定位精度.本文中,首先介绍探测器联网对引力波信号GW150914源的定位情况,然后介绍了两种最常用的估计定位精度的方法,即马尔科夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)的方法和解析的方法.最后,选用一种解析的方法讨论未来中国引力波探测器与日本及澳大利亚所组成的探测器网络的定位精度,并给出了中国的较优台址.最后,还讨论了中国加入世界引力波探测器网络行列对引力波波源定位的贡献.     

引力波与电磁场的相互作用

J.M.Charap,M.J.Dnff曾经研究场——米尔斯场中的引力效应,本文从弯曲时空的电磁场方程出发,给出了一个自对偶解,说明在引力波作用下重直于引力波传播方向的电场分量将受到引力波的调制,调制度由引力波的振幅决定,并且将绕引力波传播方向偏转,偏转角由时空弯曲性质决定。两个行于引力波传播方向的电场分量则不受影响。磁场也有类似变化。     

大型强子对撞机上膺快度及能量估计研究

利用Mathematica软件研究了相对论重离子对撞中末态带电强子赝快度分布谱,并与大型强子对撞机(LHC)上2.76 TeV及5.02 TeV铅-铅(Pb+Pb)对撞实验数据进行拟合,编写数值算法程序抽取了最中心碰撞流体演化纵向膨胀加速度参数.为了研究纵向加速度效应及流体黏滞效应对夸克胶子等离子早期能量密度估计的影响,依据Bjorken能量密度估计模型,讨论了考虑黏滞效应修正的能量密度估计模型,发现黏滞效应会使对碰撞早期的能量密度估计增大.     

双极化态平面引力波对背景电磁场的扰动能量

在一特定谐振腔内,背景静磁场和背景电磁波构成一个引力波的电磁谐振系统.计算了引力波对背景电磁场的一阶和二阶扰动能量.结果表明:一阶扰动能量包含更多关于引力波的信息;二阶扰动能量是正定的.     

引力波爆发事件的电磁对应体的探测

双黑洞并合产生的引力波信号由第二代地面激光干涉仪引力波探测器Advanced LIGO第一次直接探测到,开启了探索宇宙的一个崭新的窗口.伴随着Advanced LIGO科学运行期的继续运行,以及未来几年其他第二代探测器,例如Advanced Virgo,LIGO-India的陆续建设和投入使用,将有越来越多的引力波信号被探测到.最新的双中子星并合引力波事件的电磁对应体被探测到,极大地丰富了引力波天文学的科学内容,人类进入全新的多信使天文时代,例如:提高引力波源及其宿主星系空间位置精度估计,确定引力波源的红移、破除引力波模型中的简并参数,确定引力波事件前身天体的物理环境以及其产生的物理机制、测量宇宙学参数等等.由于引力波探测器的定位能力较差(Advanced LIGO~十至几百平方度),探测引力波事件电磁对应体对大视场高能观测设备提出了迫切需求.爱因斯坦探针具有大视场、高灵敏度、全天观测、快速指向能力和数据下传等方面的优势,特别是其大视场和高灵敏度,为引力波事件电磁对应体的探测提供了一个理想的观测平台.爱因斯坦探针的成功运行,将促进引力波天文学和引力波宇宙学的发展,并且使我国在引力波源的电磁波对应体研究方面处于国际领先的地位.     

数值相对论与引力波天文学

引力波直接探测已经被LIGO成功实现.在这个重大实验发现中,理论模型的重要作用得到充分体现.有效单体数值相对论模型不仅提升了既定硬件的灵敏度,把实验结果的置信度从4.6σ加强到5.1σ,而且还辨认出该引力波源是并合双黑洞.以这次实验结果所给出的双星并合事件率推断,地面引力波探测器接下来还会给出更多的引力波事件.这些引力波实验数据可以被用来进行天文学和基本物理学的研究.随着数据的积累和新脉冲星的加入,脉冲星计时计划的引力波探测精度也越来越高.空间引力波探测计划包括eLISA、太极和天琴等也在积极准备中.可以预期,引力波天文学将逐渐形成.在引力波天文学中,从信号读取到参数反演都离不开理论模型.不做任何解析近似的数值相对论是现实引力波源建模的通用工具.爱因斯坦方程的复杂数学结构和所需的庞大程序构架是数值相对论的两大困难.结合引力波天文学,本文对数值相对论的关键困难、发展历程、研究现状和在引力天文学中的应用等给出比较系统的描述.     

引力波标准汽笛与宇宙学

双中子星并合的引力波暴GW170817及其多波段电磁对应的发现标志着多信使引力波天文学时代的来临.通过引力波探测器对致密双星并合产生的引力波波型的观测可以独立测量波源的光度距离,这预示着引力波源可以作为"标准汽笛"来研究宇宙的膨胀历史,从而提供了一种研究宇宙学的新途径.本文介绍利用引力波"标准汽笛"来限制宇宙学参数的基本原理,着重讨论各种确定波源距离和红移的方法.同时讨论地基第二代和第三代引力波探测器,以及空间引力波探测器对宇宙学参数,特别是哈勃常数和暗能量参数的限制能力.     

科学家发现引力波

美国科学家宣布,他们探测到引力波的存在.引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”. 美国加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台(LIGO)”的研究人员当天在华盛顿举行记者会,宣布他们利用LIGO探测器于2015年9月14日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号.     

高斯束谐振系统对引力波频率的选择效应

高斯束谐振系统对同频率的高频遗迹引力波具有很好的谐振性,这为高频遗迹引力波的探测开启了一个窗口.笔者指出,当入射引力波和高斯束不同频率时,高斯束谐振系统产生的一阶扰动光子流没有观测效应.     

高斯束谐振系统对引力波频率的选择效应

高斯束谐振系统对同频率的高频遗迹引力波具有很好的谐振性,这为高频遗迹引力波的探测开启了一个窗口.笔者指出,当入射引力波和高斯束不同频率时,高斯束谐振系统产生的一阶扰动光子流没有观测效应.     

对角度规引力场的能量动量

藉助文献［１］的方法，证明了对角静态度规分量ｇ４４与此类度规所对应的引力场超势分量无关，即ｇ４４对这类引力场的能量动量没有贡献。因而在计算这类引力场的能量动量时仅需计算ｇ１１，ｇ２２，ｇ３３。具体讨论了包括Ｂｒａｎｓ－Ｄｉｃｋｅ理论在内的几种对角静态度规所对应的引力场的能量动量，最后给出了行波对角度规（非静态）引力波的能量和能量密度表达式，并证明了纯引力纵波的能量和能量密度恒为零。而纯引力横波的能量和能量密度则一般不为零。