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…     

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.     

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。     

软光子定理与电磁学记忆效应

正在广义相对论体系中,引力波指的是时空弯曲的涟漪以波的形式由辐射源向外传播。1916年爱因斯坦基于广义相对论预言了其存在性。引力波不存在于牛顿的经典引力理论中,因为牛顿引力理论假设物质之间的引力相互作用是一种超距作用,即传播的速度是无穷大的。所以引力波也是验证     

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,     

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…     

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.     

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…     

引力场中的应力张量及其应用

根据引力场和静电场的相似性质，通过类比方法由静电场的麦克斯韦应力张量得出了引力场中的应力张量，并用它计算均质球体内部的万有引力。     

引力场的能量动量赝张量与轴对称体系的引力辐射

本文计算了轴对称体系的引力辐射总功率。用胡宁的τ^(n)αβ表达式和Bondi的柱面波解直接计算导出-(dE)/(dt)=1/2∫^x₀c₀²sinθdθ。这个结果与Bondi不用任何τ^αβ表达式得到的公式完全相同,并证明辐射总功率是恒正的。但是,由郑玉昆的τ^αβ表达式得到的结果与Bondi的公式不一致,并表明辐射总功率不是恒正的。 关键词：     

NON-OCCURRENCE OF TRAPPED SURFACES AND BLACK HOLES IN SPHERICAL GRAVITATIONAL COLLAPSE

By using the most general form of Einstein equations for General Relativistic (GTR) spherical collapse of an isolated fluid having arbitrary equation of state and radiation transport properties, we show that they obey a Global Constraint, 2GM(r, t)/R(r, t)c ²1, where R is the invariant circumference radius, t is the comoving time, and M(r, t) is the gravitational mass enclosed within a comoving shell r. This inequality specifically shows that, contrary to the traditional intuitive Newtonian idea, which equates the total gravitational mass (M _b) with the fixed baryonic mass (M ₀), the trapped surfaces are not allowed in general theory of relativity (GTR), and therefore, for continued collapse, the final gravitational mass M _f0 as R0. This result should be valid for all spherical collapse scenarios including that of collapse of a spherical homogeneous dust as enunciated by Oppenheimer and Snyder (OS). Since the argument of a logarithmic function cannot be negative, the Eq. (36) of the O–S paper (TIn ) categorically demands that y _b=R _b/R _gb1, or 2GM _b/R _b c ²1, where R _b referes to the invariant radius at the outer boundary. Unfortunately, OS worked with an approximate form of Eq. (36) [Eq. 37], where this fundamentalconstraint got obfuscated. And although OS noted that for a finite value of M(r, t) the spatial metric coefficient for an internal point fails to blow up even when the collapse is complete for R0, they, nevertheless, ignored it, and, failed to realize that such a problem was occurring because they were assuming a finite value ofM _f, where M _f is the value of the finite gravitational mass, in violation of their Eq. (36).Additionally, irrespective of the gravitational collapse problem, by analyzing the properties of the Kruskal transformations we show that in order that the actual radial geodesics remain timelike, finite mass Schwarzschild Black Holes can not exist at all.Our work shows that as one attempts to arrive at the singularity, R0, the proper radial length l= dr (even though r and R are finite), and the collapse process continues indefinitely. During this indefinite journey, naturally, the system radiates out all available energy, QM _i c ², because trapped surfaces are not formed. And this categorically shows that GTR is not only the most beautiful physical theory, but also, is the only, naturally, singularity free theory (atleast for isolated bodies), as intended by its founder, Einstein. However, this derivation need not rule out the initial singularity of big bang cosmology because the universe may not be treated as an isolated body.There is a widespread misconception, that recent astrophysical observations have proved the existence of Black Holes. Actually, observations suggest existence of compact objects having masses greater than the upper limit of static Neutron Stars. The present work also allows to have such massive compact objects. It is also argued that there is evidence that part of the mass-energy accreting onto several stellar mass (binary) compact objects or massive Active Galactic Nuclei is getting lost, indicating the presence of an Event Horizon. Since, we are showing here that the collapse process continues indefinitely with local 3-speed Vc, accretion onto such Eternally Collapsing Objects (ECO) may generate little collisional energy out put. But, in the frame work of existence of static central compact objects, this small output of accretion energy would be misinterpreted as an evidence for Event Horizons. Thus the supposed BHs are actually massive compact ECOs.     

EXPERIMENTAL TESTS OF GRAVITATIONAL THEORY

<正>Revised September 2013 by T.Damour(IHES,Bures-sur-Yvette,France).Einstein's General Relativity,the current"standard'theory of gravitation,describes gravity as a universal deformation of the Minkowski metric:gμv(x~λ)=η_(μv)+h_(μv)(x~λ),whereη_(μv)=diag(-l,+l,+l,+l).(21.1)General Relativity is classically defined by two postulates.One postulate states that the Lagrangian density describing the propagation and self-interaction of the gravitational field is     

立体欠缺角和排斥力

本文指出整体磁单极引力效应是立体欠缺角加上一个排斥力,而不是新近文献中讨论的立体欠缺角加上一个吸引力,并讨论了整体磁单极的引力透镜性质和磁单极反磁单极对的湮没机制。     

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：     

强激光短脉冲的引力效应

研究了强激光短脉冲产生的引力场中氢原子能级的移动.指出在目前高功率激光脉冲条件下，高激发态氢原子的能级移动大小将达到可观察值. 关键词：     

关于引力场的能量问题

本文讨论引力场中局部区域的能量问题。这里提出了一个新的引力场总能量-动量赝张量密度,它所表示的引力场局部空间区域中的能量对纯空间坐标变换是不变量,因而引力场的局部区域能量具有确定的物理意义。关于Schwarzschild场的能量和动量,新的赝张量给出的结果要比现有广义相对论文献中的其他形式的赝张量所给出的结果较为合理。文中还讨论了在引力理论中质量与能量的关系问题。 关键词：     

重力加速度的正确测量和计算

本文介绍了用粘滞阻力修正法和粘滞阴力互相抵消法来精确地测量重力加速度。     

矢引力子场度规场引力理论的共形平直静止解及引力场的能量动量赝张量的正常性

本文求出了VGM引力理论的共形平直静止解。文中把胡宁表达式引入VGM,它同样是守恒的能量动量表达式。对于单个集中质量的引力场,与GR一样,可证实引力质量与惯性质量相等。但Einstein的等效原理在这理论中并不成立。利用所求得的解,可知当n<1/4时,引力场的能量动量赝张量就是正常的。 关键词：