引力波

一、引 言 万有引力是物质之间一种极为普遍的相互作用.按照牛顿的万有引力定律,自然界中任何两个物质之间都存在着相互的吸引力,这种作用力的大小是与它们质量的乘积成正比,与它们之间的距离平方成反比.但是,在牛顿的引力理论里,认为这种作用的传递是不需要时间的.牛顿的场方程中不包会任何时间的微商项,这就意味着物质分布的改变将立即引起空间各点引力势φ的变化,即引力作用的传递是“瞬时”的.换句话说,即引力相互作用的传播速度为无穷大,而这是与狭义相对论关于任何物理效应都不能快于真空中光速的要求相矛盾的.1916年,爱因斯坦提出了…     

捕捉引力波

 一、足够精确的牛顿引力理论在宏观物理世界中,引力是一种主要的作用。太阳东升西坠,地球四季交替,海水潮涨潮落,众多自然现象都受到引力的支配。1687年,牛顿在前人的研究基础上,导出了万有引力定律。利用万有引力定律可以圆满地解释哥白尼的学说和开普勒的行星运动三定律。牛顿引力理论的精彩之处还有准确地预言了海王星和冥王星的存在,指导天文学家成功地发现了这两颗太阳行星。按牛顿的引力理论,两物体间的引力作用是瞬间完成的。但爱因斯坦认为,光速是任何作用的极限速度,因此引力作用不可能在瞬间实现。1905年,爱因斯坦发表著名的历史文献《论动体的电动力学》,建立了狭义相对论。在以后     

引力波和引力透镜

 引力是物质世界的一种客观属性。大科学家牛顿以精确的数字形式表达了万有引力定律,建立了人类对引力认识的第一座里程碑。后来,牛顿引力理论对解释一些天体物理问题却遇到了困难。爱因斯坦于1916年提出了著名的广义相对论,其中预言宇宙中存在着“引力波”。引力波即引力的波动,它与引力的强弱变化有关。引力波可由加速运行的物质产生,其传播速度应等于光速。在理论上,任何运动的物质都会产生引力波。比如,如果你把一只台球悬挂起来,使它像打秋千似的荡来荡去,当它荡到比较靠近你时,其引力作用比离你较远时更为大些,就形成引力波。换句话说,球的摆动,使它的引力发生一种像波那样起伏的变化。     

微弱信号检测讲座 第四讲 引力波检测

类似于投石激起平静水面的涟漪,引力波(又称引力辐射)是物质加速运动使引力场产生的波动.广义相对论预言:引力波类似于电磁波,也是横波,并以光速传播,且具偏振性质.引力波产生的潮汐力能使两分离粒子间的距离产生变化,检测这些变化可以了解波源物质运动的信息. 理论计算表明,物质运动辐射引力波以及物质对引力波的吸收,其效率都十分低.这是因为引力相互作用十分微弱,而动量守恒定律又决定了不可能有偶极引力辐射,井且辐射和吸收都与体系的四极矩相关联.低的辐射效率促使人们首先着眼于天体引力波源,因为宇宙深处巨大质量的猛烈运动会辐射出…     

引力、引力波和引力波的探测

简要地回顾了引力和引力波概念的由来,以及人们为探测引力波所作的各种努力．     

引力波和微波背景辐射旋度型偏振的探测

<正>引力现象是最常见的,例如,地球上的物体都有重量,地球绕太阳运转,都是由于引力的作用。物理世界中有四种基本力,电磁力、弱作用、强作用、引力,其中引力最弱,但却是最复杂的。牛顿引力较简单,质量密度ρ产生的引力势V由泊松方程▽2V=4πGρ确定,质点m产生V=-Gm/r。爱因斯坦1915年发表     

引力波与广义相对论

介绍了引力波的广义相对论理论基础.介绍如何通过双星周期的时间改变间接检测引力辐射,如何利用引力波的偏振效应直接检测引力波.     

引力波探测的现状和意义

 引力波是广义相对论的一个理论预言。1916年爱因斯坦创立广义相对论,揭示了一个全新的时空观念:时间和空间并非绝对和独立地存在,它们是相互联系的,由物质分布和运动所决定的属性。在时空中运动的物质,其轨迹由时空曲率决定。这种时空结构的几何化概念,对引力的本质提出全新的解释,是一种新的引力理论。一、引力波是变化着的4维时空曲率的传播物质的引力场是一种无需介质的广延场,与电磁场相类比:电荷的加速运动能辐射电磁波,那么,理论上物质的运动也辐射引力波。爱因斯坦在引力场方程的弱场近似解中得到平面引力波辐射的结论。近代其他引力理论也得出存在引力波的预言。     

致密双星后牛顿偏心轨道的引力波研究

本文主要研究非保守的后牛顿哈密顿自旋致密双星偏心轨道的引力辐射,数值比较保守的和非保守的自旋致密双星系统轨道参量偏心率大小与 引力波形的关系及引力辐射耗散效应项对轨道动力特性的影响. 数值研究表明：由于系统能量积分被保持,保守的双星轨道偏心率值改变对时域引力波形变化影响不是很明显,但辐射的引力波频率分布范围随着偏心率的增大而扩大. 而当运动方程中包含2.5PN引力耗散效应项时,由于引力辐射时伴随着能量和角动量损失,导致双星两体之间的距离和轨道偏心率逐渐衰减,轨道动力特性变得更加复杂. 双星旋进合并过程中辐射的引力波受到轨道偏心率的调制,引力辐射的强度随着偏心率的增大而增强,而引力辐射持续的时间缩短,且自旋与自旋耦合效应项对引力的贡献增大了. 关键词： 非保守的 引力辐射 耗散 偏心率     

在热噪声中的脉冲引力波的检测

一、引 言 探测引力波的原理,类似于接收电磁波.大家都知道带电粒子在电磁波的作用下会被激发而产生振动.一个质量块在引力波的作用下,它的各个质点也会产生“颤动”.从而使整个质量块产生机械形变.这种形变可以通过压电晶体等传感器转化为电信号后记录下来.但由于引力常数极为微小。引力波接收天线所接收到的引力波信号能量将大大低于天线的热噪声能量.而且根据理论上的预测,能够辐射强大引力波能量的天体活动过程是引力捕获和引力坍缩[1],这种过程是脉冲性的。前后持续仅几个毫秒,振动方向改变二到四次.现在采用的引力波接收天线一般都是…     

引力波探测展望

早在1916年，爱因斯坦在发表广义相对论时就预言引力辐射的存在．但在初期，大多数人都怀疑引力波（Gravitational　Waves）仅仅是爱因斯坦提出的引力场方程的一个近似解…而没有实质的物理效应．直到1950年代末期，从理论上证明引力波是携带能量的并可以被探测到，引力波的存在才在理论上得到了充分的确认．广义相对论预言引力波的主要特性有：在真空中以光速传播；     

旋转致密双星后牛顿轨道的引力波研究

本文利用辛算法和功率谱研究旋转致密双星保守的后牛顿哈密顿系统的引力辐射, 讨论了系统的动力学参量、旋转-轨道耦合、旋转-旋转耦合效 应及轨道类型对后牛顿近似引力波形的影响. 数值结果表明有序轨道的引力波随时间呈周期性地变化, 而混沌轨道引力波的变化具有混沌性, 并且轨道的混沌特性可提高引力波的辐射能量, 尤其指出的是旋转参量大小对引力波形的变化发挥至关重要的作用.     

论引力波探测器方位与引力波源方位间的关系

本文从计算棒状引力波天线的指向性函数出发,讨论了引力波源的方位和天线棒方位之间的关系,找到了从符合实验数据求出引力波源方位以及利用单一引力波探测器对连续引力波源的定位方法。所得的结果也适用于其他形式的一维引力波天线。一旦引力波探测器的灵敏度达到足以确定引力波强度时,本文的结果无疑对引力波天文学将是很有意义的。 关键词：     

引力波的昨天、今天和明天

正一、引力波的历史1.引力波的理论预言及其特性赫维赛德基于引力和电磁力都是平方反比力以及电磁波的物理特性早在1893年就提出了引力波的概念。庞加莱于1905年进一步指出了引力波以光速传播。1915年年底爱因斯坦给出了引力场所满足的相对论场方程—爱因斯坦场方程,并且于1916年对爱因斯坦场方程在平直时空背景下做线性近似,推导出了引力波所满足的波动方程及引力辐射的四极矩公式,     

旋转致密双星的引力波特征

研究了轨道和旋转效果到2.5阶后牛顿旋转致密双星拉格朗日动力学与引力波的关系, 分析了有序和混沌轨道的引力波特征.发现当加速度不考虑辐射项时, 有序双星系统辐射的引力波具有周期或拟周期的特征, 而混沌双星系统辐射的引力波却具有明显的混沌特征.当加速度含有辐射项贡献时, 双星必会出现并合现象.此时, 原保守有序双星系统需较长时间才能完成并合过程, 引力波形在双星并合前仍保留拟周期的基本特点;然而, 原保守混沌双星系统仅在较短时间内就会并合, 但因并合时间太短, 无法获取足够的动力学信息导致引力波形的特征不易分辨.     

量纲分析在引力波物理中的应用

流体力学是许多量纲分析书中讲解最多的物理问题.但实际上,量纲分析是物理学中功能强大、普适性强的一种分析方法.本文以量纲分析在引力波物理中的应用为例子,让读者深入体会量纲分析方法的普适性.特别地,在双黑洞并合系统的引力波理论模板建立过程中,双黑洞总质量被当作是无关紧要的物理参数.其原因在通常文献中只是若明若暗的被提及.本文用量纲分析的方法展示,上述结论即使是对于超越广义相对论的一般引力理论也是成立的.所以本文不仅清楚地论述了上述结论在广义相对论框架下成立的理由,还为以后基于超越广义相对论的一般引力理论建立引力波理论模板提供一些帮助.     

一种引力波天线的调谐方法

目前理论上预期的天体引力波源在低频段的引力辐射比较丰富[1-4].另一方面,目前使用的引力波天线绝大多数是机械共振天线,这类天线的Q值大都很高(104以上),频带甚窄(当v～10HZ时,Δv≤ 0.01Hz),在对某一特定的窄带引力辐射进行探测时很容易失调[5].因此,为了更好地探测引力波,并做到容易对准和跟踪它,自然希望天线具有比较低的共振频率和能够在一定的频率范围内方便地调谐. 作者曾在扭摆天线[6]的基础上研究了一种可调谐的引力波天线[7],指出这种天线容易在1—10Hz频率范围内调谐,这正是预期的天体物理过程所辐射的引力波的频谱峰值范围. …     

第五种力

 第五种力是指自然界可能存在的一种基本相互作用(力),它不同于早已得到人们普遍承认的另四种基本力:强相互作用(或核力)、电磁相互作用、弱相互作用及引力相互作用,是近二十余年对引力规律的研究中发现的.大家知道,牛顿主要根据天体运动的经验规律,确立了引力定律:引力的大小与引力源的质量成正比,与距离的平方成反比.这一理论在取得辉煌成就的同时,一直受到人们反复的检验,特别是规范理论出现以后,更引起实验物理学家的广泛关注.     

大统一理论

众所周知,自然界存在着四种基本相互作用。即强相互作用,电磁相互作用,弱相互作用和引力相互作用。这四种相互作用的强度差别很大,如果把强相互作用的强度定为0.2,那末电磁相互作用强度大约是10-2,弱作用的强度则是10-5,引力相互作用强度最小,大约是10-40。此外这四种相互作用的性质也很不相同,引力和电磁相互作用力都与距离平方成反比,是所谓长程力,而强作用和弱作用力则是属于短程力,只在极近距离(亚核区域)内才起作用。 长期以来,人们相信自然界应满足简单性原则,因而希望能将上述四种差别很大的相互作用统一成一种相互作用,从而找到这四…     

标量-张量的Ⅲ型引力波

本文研究标量-张量引力辐射,并给出外尔(Weyl)张量为Ⅲ型、N型、O型的引力辐射的全部精确解. Dirac[1]认为万有引力常数不是真正的常数.Jordan[2]曾经引进-标量场以便在广义相对论的理论体系下实现 Dirac的观点.Brans-Dicke[3]建立了满足广义协变下守恒的标量-张量的引力场方程.根据这一理论,对所谓三大验证皆与广义相对论的引力理论一样在误差范围内符合.而据Dicke-Goldenberg[4]所作的关于太阳扁率的实验,其结果他们认为更有利于标量-张量理论.最近,Weber[5]还通过引力波的实验试图来比较两种理论的优劣.本文是从理论上分析标量-张量…