检验引力波是否携带能量的另两种方法及其理论根据

引力波的特性受制于引力场能动张量及引力体系能动张量守恒定律的形式 .由于引力波理论采用了爱因斯坦提出的引力场赝能动张量密度ｔμ(Ｇ)ν及守恒定律 ｘμ(Ｉ μ(Ｍ)ν(ｘ) ｔμ(Ｇ)ν(ｘ) ) =0 [1 ,2 ] ,由此可导出关系[2 ]- ｔ∫Ｖ(Ｉ μ(Ｍ)ν(ｘ) ｔμ(Ｇ)ν(ｘ) )ｄＶ =Ｃ∮Ｓｔｉ(Ｇ) 0 (ｘ)ｄＳｉ (1)式中Ｓ面系位于真空中 .式 (1)表明波源通过引力波向外辐射能量 .Ｌｏｒｅｎｔｚ及Ｌｅｖｉ Ｃｉｖｉｔａ曾提出另一种引力场能动张量密度Ｉ μ(Ｇ)ν及守恒定律 ｘμ(Ｉ μ(Ｍ )ν(ｘ) Ｉμ(Ｇ)ν(ｘ) ) =0 [1 ,2 ] ,由此…     

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,     

中心对称静引力场背景下的孤立波式引力波解

早在1917年,爱因斯坦证明了在弱场近似并在一定的坐标条件下,真空引力场方程有一波动解,这组解对应一平面引力波,当传播方向为x轴时,波的极化将由yz平面内的二阶对称张量决定,所以相应的引力波是一横波,这个弱场近似的条件是     

感受时空震颤的涟漪——来自2016年首期“未来论坛”的科学发声

100年前爱因斯坦广义相对论预言了引力波的存在,经过半世纪的搜寻,这一宇宙学"世纪悬案"于2016年2月11日有了结果:人类首次直接探测到引力波!顿时各界沸腾!这一"高冷"的基础科学突破在普通人中也掀起了涟漪,就让知力君带领大家,聆听引力波研究领域的权威们如何深度解密"引力波"!陈雁北加州理工学院物理学教授、美国物理学会会士、LIGO科学联盟核心成员1916年,爱因斯坦在他的方程中发现了所谓的弱引力场下的解,这个解便描述了引力波。从类比的方法来看,引力波很像水面上的波动。当水面振荡时,它的振荡会以水波的形式传播出去。同样的,时空几     

关于双荷加速天体引力场方程的解及讨论

Kinnersley(1Phys. Rev., 186(1969),1335)选择一个特殊的坐标系,得到引力场方程的一个解。它描述任意加速点质量的引力场。本文在王永久(The Proc. 3rd Grossmann Meet. on G. R. 1983,1001)的基础上,得到场方程的一个新解:     

宇宙常数■≠0的平面引力波

本文在弱场近似条件下研究宇宙常数(?)≠0的平面引力波,得到一些新的物理结果。弱引力场度规g_(μν)=G_(μν)+h_(μν)。G_(μν)为闵可夫斯基度规。在弱场近似下Ricci张量=     

动态点击

<正>人类首次"看到"引力波全球多国科学家10月16日同步宣布,人类第一次直接探测到来自双中子星合并产生的引力波,并同时发现这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。我国第一颗空间硬X射线调制望远镜卫星"慧眼"和位于南极的巡天望远镜,都对此做出巨大贡献。本次引力波事件GW 170817是人类首次直接探测到由两颗中子星并合产生的新型引力波事件(区别于以往发现的双黑洞并合),发生在距离地球1.3亿光年之外的编号为NGC 4993的星系中。引力波是黑洞等极端天体物理过程中引力场急剧变化。人们形象地称它产生时空扰动并向外传播的现象为"时空涟漪",这种时     

引力波探测的科学意义

<正>前面所载三篇文章原刊于今年3月6日发行的美国《科学》杂志,系该刊为纪念爱因斯坦创建广义相对论100周年而发,其内容涉及引力波及其探测问题。爱因斯坦于1913年确定广义相对论的纲要,于1915年建成此理论体系,其总结性论文《广义相对论基础》则于1916年发表。1918年,爱氏凭藉对广义相对论的引力场方程积分的近似方法,推导得出引力场的平面波近似解,从而作出引力波存在的科学预言。但是,能否导出引力场波动的严格解,曾一度为人们所怀疑,甚至也引起爱氏本人的疑虑;1936年,爱     

动态扫描在NR-PC 平板透镜目标探测成像中的应用

用时域有限差分法(FDTD)研究了基于等效负折射光子晶体(NR-PC)平板透镜的动态扫描系统在目标探测成像中的应用. 通过对负折射光子晶体(NR-PC)平板透镜的仿真和研究得到: 由于微禁带和共振激发效应, 在共振频率0.3068(a/λ)处出现很强的光波透射峰, 从点源发出的光波在经由NR-PC 平板透镜聚焦于目标后, 在该处将会产生极强的后向散射波, 使得后向散射波的再聚焦横向扫描分辨率和图像分辨率有了极大的提高. 另外, 通过将非动态扫描方案与动态扫描方案进行对比, 可以发现动态扫描方案能够获得较好的再聚焦分辨率,具有一定的优越性. 为将理想化的LHM 平板透镜探测成像系统转化为可实现的NR-PC 平板透镜系统提供了重要依据, 从而对优化探测成像系统的性能、实现小目标的探测及成像具有十分重要的意义.     

天琴计划与国际合作

<正>2016年2月11日,LIGO(theLaserInterferometer Gravitational-Wave Observatory)科学合作组宣布于2015年9月14日探测到来自GW150914的引力波信号~([1]).这是人类首次直接观测到引力波,也是人类首次观测到双黑洞并合的天文现象.全世界新闻媒体争相报道,造成极大轰动与回响.引力波探测的实现使人类进入了利用引力波来探     

引力规范理论的真空解和三大验证

一最近,文献[1]提出了引力规范理论的一种方案。这个方案从局部洛仑兹不变性和引力决定时空几何性质的前提出发,考虑了物质的自旋和引力场的挠率,把标架场和规范场作为引力场的基本场量,在拉氏量中添加通常规范场的动能项,从而导出了(扩充的)Einstein-杨振宁方程作为引力场方程。     

宇宙残余引力波和双星引力辐射

综述广义相对论中引力波的研究,主要报告有关残余引力波和引力辐射方面的系列研究结果.先简介引力波方程和基本物理概念,然后讨论含有扰动二阶项的非线性场方程,引力波的能动张量,短波平均,残余引力波的压强定义和高频发散扣除等问题.给出膨胀宇宙中残余引力波的解析解,覆盖了从极早期暴涨到现阶段加速膨胀的各阶段,给出任何时刻和波长都成立的功率谱、能量密度和压强谱,讨详细论了暴涨阶段原初谱的定义,简介现阶段谱的各频段可能探测,主要讨论目前运行的激光干涉探测器对谱的限制和信噪比,给出残余引力波所诱导的微波背景辐射的磁场型偏振的解析谱.最后基于后牛顿近似,计算OJ287双黑洞的轨道、引力辐射能流、波形等,讨论了双星的质心漂移问题.     

Einstein-Maxwell方程的新解

广义相对论的发展在很大程度上取决于引力场方程的严格解和它们的物理解释。学者们一方面在寻求引力场方程的新的严格解,另一方面,自70年代以来人们开始寻求一些变换,从一个已知的严格解生成一个新解。这一领域(生成技术)主要是对于具有辐射对称性的引力场进行工作的。其主要原因有二:第一,辐射对称的引力场在天体物理领域具有十分重要的     

八十年代的天文学研究

天文学正处于黄金时代。1960年以来的新发现有:类星体(1963),宇宙微波本底辐射(1965),脉冲星(1967),中子星双星(1970),射电源的超亮膨胀(1971),日冕穴(1973),双脉冲星引力波辐射的证明(1974),异常太阳中微子流(1976),超γ射线爆发(1979)和引力波透镜(1979)。现在利用射电、红外线、紫外线、X 射线和γ射线方法已有可能研究单由光学天文学所不能及的现象。物理学在提供发展技术和天文学理论框架两方面起着日益重要的作用。现今,原子、分子、原子核和等离子体物理在解释天文学数据方面已是不可缺少的工具。宇宙学和超密组态的研究亦以广义相对论和基本粒子物理为依据。美国科学院天文观测委员会预期在八十年代:     

均匀引力场中的热平衡和磁静力平衡

均匀引力场中等离子体的磁静力平衡方程,在太阳物理学中得到了广泛的应用.太阳大气中的很多现象,例如太阳黑子、宁静曰珥以及色球层和日冕中的某些结构,常常能够维持几小时到若干天的时间,因此,一般可以采用磁静力平衡模式近似处理.磁静力平衡方程是     

八顶角反射方程的解及其杨-巴斯特化

Cherednik研究半线(Half-line)上的因子散射时首次引入了反射方程以描述端点上的反射行为.最近发现它们在量子流代数和具有非周期边界条件的可积模型中也起重要作用.Kulish等曾讨论了无谱参数的反射方程的性质、代数结构和常数解.但怎样由这种常数解得到具有谱参数的反射方程的解,即所谓的反射方程的杨-巴斯特化,仍没有解决.本文将讨论八顶角模型的反射方程的解(代数解和常数解)及其杨-巴斯特化.其杨-巴斯特化方法可推广到任意有两个不同本征值的(?)的情况.     

高次非线性薛定谔方程(Ⅰ)

非线性薜定谔方程被用来描述各种非线性波动现象.目前研究得最广泛的是下述“立方薜定谔方程”: ia_tE a_x~2E |E|~2E=0 (1)式中,E(x,t)是波场(例如电场)的包络.方程(1)被证明是可积的,具有无限多个运动常数。采用散射反演方法,从方程(1)可得到碰撞不变的孤立波解.     

高速粒子在Schwarzschild场中的加速度

粒子在引力场中的运动,可用三种方式描述:(1)无穷远处的静止参考系;(2)运动粒子自身作为参考系;(3)引力场中的静止参考系。地球上测量自由落体属第三种。三种不同的描述方式可得到不同的表观结果。本文用第一和第三种方式求出高速粒子在Schwarzschild场中的重力加速度。并对所得结果略作讨论。1.运动方程 粒子在引力场中按短程线运动     

引引力波偏振

引力波的直接观测不但开启了一扇探测引力本质的全新窗口,而且使我们进入了多信使引力波天文学时代.引力波不影响单个检验粒子的测地线运动,其偏振态由两个相邻检验粒子的相对运动,即测地线偏离运动所决定.测地线偏离方程中只出现黎曼张量的电分量,它有6个独立分量,所以在最一般的度规引力理论中,引力波最多可以有6种偏振模式.这6种偏振模式分别为:"+"偏振态、"×"偏振态、呼吸偏振态、矢量-x偏振态、矢量-y偏振态及纵振态.爱因斯坦广义相对论中的引力波只有"+"与"×"两个张量偏振态,Brans-Dicke理论中的引力波除了"+"与"×"偏振态外,还有一个呼吸偏振态.在Horndeski及f(R)理论中,引力波除了"+"与"×"两个张量偏振态外,还有一个由呼吸模与纵振模混合而成的标量偏振态.在爱因斯坦-以太理论中,非零矢量场的出现破坏了局域洛伦兹对称性,该理论中的引力波以非光速传播,且具有5个独立偏振态.张量-矢量-标量理论中的引力波传播速度与光速不同,且该理论中的引力波具有6个独立偏振态.因为不同引力理论中的引力波偏振态不同,所以引力波偏振态的测量可用于探究引力本质.     

宇宙中的奇特区——黑洞

根据爱因斯坦广义相对论的引力场方程,当恒星演化到半径小于所谓施瓦茨希尔德(Schwarzchild)半径时,光线及任何信号就无法从这颗恒星发射到施瓦茨希尔德半径以外的区域。这是因为爱因斯坦引力场方程的施瓦茨希尔德解告诉我们,光线及任何信号要越过半径为施瓦茨希尔德半径的球面,需要花费无限长的时间。这样,我们就无法观测到以这个球面为界面的区域内的任何现象。这种奇特的区域称为“黑洞”。目前,大多数