运动物体的场及其场的波动方程

为了明确地研究引力场和引力波的性质,提出了一种假设：电中性运动质量流、运动物体或变化的引力场可以激发一种场,这种场可以对在其中运动的物体施加力,这种场的变化可以激发引力场.之后提出了这种场与引力场的关系方程组,并且从这个方程组出发推导出波动方程,波中的三个矢量：引力场、这个新场和波传播方向矢量满足左手定则.此与电磁波中的电场矢量、磁场矢量和电磁波的传播方向满足右手定则形成明显的对照.     

沿任意方向运动介质的电磁场量变换及其本构关系

利用Lorentz变换和运动各向同性均匀介质电磁场量间的关系,导出当介质沿任意方向运动时,其本构关系一般表达式,并就不同极化形式平面电磁波入射下,分别讨论由介质运动而对其介电常数和磁导率所产生的影响.     

平面电磁波在良导体表面掠射实验的研究

详细介绍了不同线极化方式的平面电磁波在良导体表面的反射特性实验,重点分析了当电磁波以入射角为90°掠射时的两种不同的实验现象:垂直入射面极化波以90°入射角掠射时,反射场与入射场大小相同,方向相反,喇叭天线接收到的合成场近似为零;平行入射面极化波以90°入射角掠射时,反射场为零,合成场与入射场大小相同。通过对简单的验证性实验的进一步思考及深入实验,使其演变为启发性实验,提高了实验教学效果。     

谈光的全反射

提出了全反射时电磁波的一些重要性质，并指出全反射的波是一种非均匀波的理论观点，分析了全反射时波场及能流的瞬时时空特性。     

爱因斯坦时空流形

在广义相对论中,引力场与时空的几何性质等效,即引力场与度规场等仿效。因此,时空的几何性质(度规)应用物质的分布及其运动来决定,爱因斯坦场方程就是描述物质相互联系、相互决定的规律的方程。本文从时空流形的观点来讨论物质的运动与时空结构统一形成了爱因斯坦时空,从而导出爱因斯坦场方程。并简要地讨论物理上要求存在奇点的时空流形是“极大”的。     

平面运动物体的相对论四维协变方程

研究弯曲时空中平面运动刚体的动力学协变方程.给出Minkowski时空中平面运动刚体动力学方程的协变形式,利用间隔是广义坐标变换下的不变量,得到弯曲时空中任一点运动标准钟与坐标钟的关系,建立弯曲时空中平面运动刚体动力学方程的广义协变形式.     

波科学理论的改进

波动是物质存在的一种形态,又是物质运动的独特形式.波科学研究经典波动和量子波动,而这二者不能截然分开.例如电磁波既是宏观的经典波,又是与微观世界相联系的波;这反映在光子身上,它是一种独特的微观粒子.1926年Schr(o)dinger创造了量子波动力学,Schr(o)dinger方程成为反映量子世界运动规律的基本方程.量子力学中波函数的复杂化来源于非经典波动的复杂性;通常认为光子是电磁场量子,但似不应把光子等同于电磁波.如光子也像电子那样(波动性有统计性质),它与经典电磁波确实不完全一样,讨论“光子的几率波方程问题”并不为错.故我们说光子至今没有自己专属的波函数和波方程,因而无法确切地代表和呈现光子奇怪的特性.改进波科学理论的一个重要内容是电磁波自洽的数学逻辑结构,为此要使用与经典力学(CM)中不同的数学方法,例如矢量算子理论和广义函数论.Newton的经典力学和Einstein的相对论力学主要针对实物(粒子或物体)而建立,但场与波并非实体物质.量子力学(QM)中的算子运算方法和波函数空间概念对波科学研究有重要意义,而现代电磁场理论非常适合波科学分析,能提供基本的电磁波矢量方程组,并突出地把旋量场、无旋场区分开来.波速研究是波科学探索的一个重点和突破口,尽管波科学研究不能脱离经典力学,但不能完全沿用CM的思维方式,波速的标量性就是证明.本文对波科学中群速公式的重新推导表明,2000年公布的WKD负群速实验并非“在计算公式上犯了错误”.……自1970年以来科学界开展的对“光脉冲负波速传播”的理论与实验研究,在今天仍深具启发性,因它关系到对“负时间”和“超前波”的理解.相关的研究以及对Bose双三棱镜中的消失态研究,丰富了波科学的内容,并改进了对它的认识.最后,关于2016年2月美国LIGO宣布的“发现了引力波”,已有多国(德国、巴西、中国等)的科学家认为其结果可疑.他们或在科学刊物上发表论文,或致函NOBEL物理学奖委员会主席Olle Ingan(a)s教授,对LIGO提出了尖锐的批评.然而本文指出,对“LIGO发现了引力波”一事有两个不同层面的问题存在——是LIGO的技术水平不够,还是其方法依据的理论有问题？本文认为在场论中有一个根本点是把场分为两大类——旋量场和无旋场,而Newton发现的万有引力和Coulomb静电场一样都是无旋场,因此缺乏存在引力波的基础.有人至今断言“引力以光速传播”,是与事实不符的错误说法.引力场以远大于光速的速度传播,但不是无限大速度的超距作用.不久前发现的“Coulomb静电场以超光速传播”是有益的启示.     

运动左手介质分界面上不同极化波的菲涅耳公式

依据基础电磁理论,利用Lorentz和电磁场量变换,推导了一束单色波入射下,高速运动左手介质界面上反射和透射电场、磁场之间的菲涅耳关系.详细讨论了当左手介质界面运动时,四种不同极化波入射下,电磁波反射、透射波所遵循的规律和菲涅耳公式.将推导结果进行分析和退化,阐述其物理意义,并就推导过程的正确性进行了验证.     

弯曲时空中平面运动刚体的动力学协变方程

研究了弯曲时空中平面运动刚体的动力学协变方程.给出了Minkowski时空中平面运动刚体动力学方程的协变形式.利用间隔是广义坐标变换下的不变量,得到弯曲时空中任一点运动标准钟与坐标钟的关系,建立了弯曲时空中平面运动刚体动力学方程的广义协变形式,并对其结果进行了讨论.     

窄缝腔体的电磁耦合特性仿真研究

对在频率为10 MHz-1 GHz的平面电磁干扰波照射下的窄缝腔体进行仿真研究,取箱体中心点为观察点,改变电磁波的照射方向以及极化方向,对比分析其耦合特性.实验结果表明:对于矩形孔缝,当极化方向垂直于窄缝长边时,发生共振效应,在共振频率附近一定带宽内耦合效应最大,并在共振频率处存在着场增强效应.     

随机介质模型波场的有效统计特征

通过弹性波方程的交错网格有限差分正演,模拟了平面地震波在单层矩形介质模型中的传播及其自激自收时间记录.将理论记录剖面(垂直和水平分量)分割成5个不同的时间区段.在5个不同的时间区段上,分别计算剖面的统计特征:横向中心波数、纵向中心频率和波场能量相对值.这样,对应每一个弹性随机介质模型,均可计算得到15个不同的波场特征量.进一步引入了相对标准差的概念,并由此得到了若干有效波场特征量.通过正演模拟,依次研究了当介质的自相关长度变化、介质的自相关长度和粗糙度因子变化及介质的自相关长度和扰动标准差变化时的波场特征.讨论了介质模型发生变化时,对应的波场特征量的变化特点.     

光子晶体中光子的波动方程与光子能带

在矢量波的理论框架上,从麦克斯韦方程组出发推导了光子晶体中光子的波动方程,发现其在形式上与自然晶体中电子的薛定谔方程十分相似.因此,光子晶体中光子的运动将类似于周期性势场中电子的运动,会产生类似的电磁波或光波的"能带"结构,也可以借用固体能带理论的基本方法来研究光子晶体的带隙.     

各向异性人工材料的电磁波吸收特性

利用传输矩阵法研究了含各向异性人工材料的一维结构的电磁波吸收特性,分析了入射波频率、极化方向、入射角以及材料厚度对电磁波吸收率的影响.结果表明,电磁波垂直入射到单层各向异性人工材料中,尽管s波和p波的吸收率极大值出现在不同的频率,但两种波的吸收率随层厚增大的变化规律一致.斜入射时,不管入射角如何变化,s波和p波的吸收率都随着层厚的增大而趋于定值,该极限值由入射角决定.改变入射波频率,当某一频率对应磁导率张量的矩阵元的实部为负值,对应极化波的吸收率随层厚的增大而趋于定值;当磁导率张量的矩阵元的实部为正值,对应极化波的吸收率随层厚的增大而振荡,且峰值出现在层厚为λ/2的整数倍时.含各向异性人工材料的三层结构的吸收率优于单层结构.以上结论可为使用各向异性人工材料制作电磁波吸收器提供理论支持.     

矩形波导中TE10波的特性分析

TE10波是矩形波导的主模.本文从电磁波的波动方程和麦克斯韦方程出发,导出TE10波的场量结构、矩形波导壁面上电荷电流的分布及TE10波的传播参数,并对其特性进行深入分析,最后归纳出TE10波在矩形波导中传输时的一些显著特点及在实际中的应用.     

带电粒子在时变电磁场下的运动

基于经典洛伦兹力方程,对带电粒子在正交时变电/磁场及平面波电磁场作用下的运动规律进行了研究;通过方程的解,分析了带电粒子在静场、时谐电场、时谐磁场、正交时谐电/磁场及平面电磁场等几种典型情况下的运动特性;结果表明:粒子在不同的条件下有不同的运动规律,除少数情况外,在电场方向都存在周期运动,但静场与时变场的周期不同;沿波矢方向的速度与电场方向的速度满足圆方程关系;在平面波时,粒子电场方向的速度满足波动方程;在高频场中,粒子主要受初值条件的影响;结合数值仿真,模拟了带电粒子运动的一般轨迹并讨论了经典洛伦兹力方程的适用性。     

电磁波在平面光栅上的衍射

本文根据入射三维矢量相关波的横向电场分量(TE)和横向磁场分量(TM)相关的特性,利用Maxwell方程直接求解,以得到平面光栅的衍射场。该方法的特点是,无须限制光栅矢量位於入射平面内,任意取向,皆可以算出任何偏振态的衍射场。     

基于电场矢量差分的二维导体柱散射分析

基于电场的矢量Helmholtz方程,提出了一种分析二维导体柱散射的高效算法;给出了二维导体柱边界条件的电场矢量差分方程,以及用于计算导体表面电流的电场矢量差分表达式;采用了二阶Mur's吸收边界条件和场平均吸收条件截断网格.用所提方法分析了无限长理想导体方柱对平面电磁波的散射,其结果与矩量法的吻合很好.     

电磁波的传播与辐射

迅变电磁场E、B相互激发,逐点变化,并由此及彼地传播开来,这就是电磁波。它是变化着的电磁场的运动方式。麦氏方程组和边值关系是描述电磁运动的基本动力学方程组,也是研究电磁波传播的依据。 我们知道,对于定态波,由麦氏方程组可得亥姆霍兹方程及有关方程     

关于电磁波场问题的研究

讨论了电磁场矢量E和B的Helmholtz定理的合理形式,提出了将旋量场方程化为一个标量场方程求解的问题,然后给出了求解电磁波场并矢格林函数的新方法。     

SNP时空的整体特性

本文研究SNP时空(Einstein-Maxwell方程的某个具有平面对称度规和“半平面对称”电磁场的特解)的整体特性.时空中的奇异性其实只是一种坐标奇异性,通过引入适当的坐标系,我们消除了这一坐标奇异性,并进而找到了这个时空的最大开拓.这个时空共有7个killing矢量场,其中6个都是非类时的,只有一个在某一区域为类时.因此,这个区域就是这个最大时空中的稳态子时空.