轴对称非均匀弹性介质中引力波对声子的作用效应

采用Ｓｅｒｅｂｒｙａｎｙ的复空间中的复坐标法，讨论了轴对称非均匀弹性介质中引力波对声子的作用效应，并给出了由引力波产生的激发力的表达式和相应的声子解。解的形式表明，平行于对称轴方向传播的引力波只对声子场的径向分量、切向分量产生扰动，垂直于对称轴方向传播的引力波则对声子场的径向分量、切向分量和轴向分量均产生扰动，扰动强度取决于切变模量径向分布函数的具体形式和引力波的振幅。此外，本文还将所得结果与含有螺旋位错的拓扑声子空间中引力波的扰动效应作了比较。 关键词：     

高频引力波对环形波导中电磁波的调制作用

讨论了垂直入射的、频率为ω_g的平面高频引力波对环形波导管中频率为ω_e的电磁波的调制作用．一般情况下，在波导管中与引力波传播方向垂直的对称平面附近，电磁波的能流密度会出现三种新的频率成分（2ω_e±ω_g）和ω_g．在ω_g》ω_e时，能流密度振幅的相对调制量与引力波的无量纲振幅h₀数量级相同．特别是当ω_g，ω_e和电磁波绕波导传播的绕行频率ω₀满足关系ω_g＝2ω_e》ω₀时，由于类似于共振的机制，能流密度会出现比h₀大几个数量级的振幅相对调制量．这个结果不会由于参数的微小改变而消失，这对于探测极微弱的引力辐射信号将是十分重要的 关键词：     

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     

首次测到引力波

正100年前爱因斯坦广义相对论预言引力波。它可形象地看作弯曲时空中的涟漪;天体物理过程越激烈,引力波辐射越强。当引力波传播时,时空将在垂直于传播方向挤压和拉伸。一般要发现这种极其微小的变化是非常困难的。LIGO干涉仪臂长4 km;2015年升级改造后非常灵敏,能够检测到比原子核尺     

光在吸收介质中传播的折射定律

光波在均匀非吸收介质中传播时振幅不衰减,在两种非吸收介质界面处产生折射现象,由几何光学中实数形式的光折射定律定量描述.而光波在均匀吸收介质中传播时,其振幅沿传播方向衰减,且其等振幅面与等相位面会发生分离.考虑吸收对光波传播特性的影响,本文回顾了复折射率的概念和复数形式的折射定律,据此对光波由吸收介质入射到吸收介质和光波由非吸收介质入射到吸收介质的两种情况进行了讨论,阐明了复数折射定律在具体问题讨论中的必要性和便利性,同时分析了实数形式和复数形式折射定律的关系.     

尘埃等离子体中非线性波的叠加效应及稳定性问题

研究了小的有限振幅的无磁场尘埃等离子体中的非线性波.在一维情况下由Kortewegde Veries(KdV)方程来描述,考虑了二维情况下尘埃等离子体中尘埃颗粒上电荷的变化效应以及双温度离子效应后,尘埃等离子体受到横向高阶扰动后动力学方程由Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程来描述.在此基础上,研究了以任意夹角传播的两个及三个孤立子的相互作用问题,考虑非线性效应后振幅相等的双孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的4倍,振幅相等的三孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的9倍.研究还表明波的传播方向受到横向高阶扰动后是稳定的.     

尘埃等离子体中非线性波的叠加效应及稳定性问题

研究了小的有限振幅的无磁场尘埃等离子体中的非线性波.在一维情况下由Korteweg de Veries (KdV)方程来描述,考虑了二维情况下尘埃等离子体中尘埃颗粒上电荷的变化效应以及双温度离子效应后,尘埃等离子体受到横向高阶扰动后动力学方程由Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程来描述.在此基础上,研究了以任意夹角传播的两个及三个孤立子的相互作用问题,考虑非线性效应后振幅相等的双孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的4倍,振幅相等的三孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的9倍.研究还表明波的传播方向受到横向高阶扰动后是稳定的.     

高斯束谐振系统对引力波频率和方向的选择效应

高斯束谐振系统为早期宇宙遗留的随机高频引力波的探测开启了一个非常重要的窗口.计算结果表明，当入射引力波频率和高斯束不同时，高斯束谐振系统产生的一阶扰动光子流没有观测效应；当入射引力波的传播方向与高斯束对称轴的正方向不同时，高斯束谐振系统产生的一阶扰动光子流将降低几个数量级，即高斯束谐振系统只对沿某一特定方向传播的高频遗迹引力波产生有效的响应.因此，高斯束谐振系统对高频遗迹引力波的频率和传播方向具有良好的选择效应. 关键词： 高斯束谐振系统 高频遗迹引力波 一阶扰动光子流 频率选择效应 方向选择效应     

从引力波探测到包含引力波的多信使天文学

2015年9月14日,LIGO实现了人类的第一次引力波直接探测.该实验结果在2016年2月公布,并被命名为GW150914.随后引力波探测的进展非常迅速.到目前为止已确认双黑洞并合引力波探测结果 4例,分别包括GW150914,GW151226,GW170104和GW170814.已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在2016年以来发展也异常的迅速.本文将对引力波探测和引力波天文学相关的理论物理问题做简要的介绍和展望.特别是引力波天文学能够研究的理论物理问题、引力波数据处理所涉及的理论问题和引力波理论描述的问题,本文做了较为详细和深入的介绍,同时还讲述了著名科学家如爱因斯坦等在相关问题上的研究故事.     

解密引力波——时空震颤的涟漪

引力波由时空弯曲引起,并以光速传播.爱因斯坦通过广义相对论预言了引力波的存在.2015年9月14日LIGO引力波天文台首次探测到引力波信号,这是人类首次直接探测到引力波,也是首次探测到双黑洞并合事件.我们特别邀请LIGO科学联盟的两位教授从他们的实际科研工作出发,向我们详细解密引力波的前世今生.     

引力波背景下的电磁波

本文首先介绍了激光干涉引力波探测实验原理教学的时空图方法,紧接着对引力波背景下一种具有简单然而非平庸时空轮廓的电磁场的波动方程进行了化简并求出了其解析解,最后利用所得解对激光干涉引力波探测实验中测地光子近似的有效性进行了定量的评估和分析。我们的结果对激光干涉引力波探测原理和弯曲时空中麦克斯韦方程组及电磁波理论的教学有积极的探讨价值。     

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,     

引力波及激光观测原理

近期引力波话题火热,为使本科生对引力波有系统的了解,本文由爱因斯坦经典引力理论出发,考虑在远离场源的弱场近似,细致推导得到波速为光速、在空间上以横波形式传播的引力波的波动方程,并且指出引力波只存在两种独立的极化状态,即引力波两个独立的偏振方向。之后对激光观测引力波实验的理论进行合理性分析。得出装有法布里-珀罗腔结构的迈克耳孙干涉仪具备观测引力波能力的结论。     

双中子星的并合及其引力波和电磁信号

2017年,轰动世界的引力波事件GW170817被确认来自于双中子星的并合。这是人类历史上首次探测到这种极端、剧烈的天体物理事件。双中子星是两个致密天体——中子星组成的系统,由双恒星系统经历漫长演化后形成。文章将从双中子星并合前、并合过程中与并合后全面地描述这种剧烈的天文现象,走进一段神奇而迤逦的旅程。未来随着引力波观测设备的升级,有望再次看到来自宇宙深处的引力波以及伴随的丰富多彩的电磁信号。     

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；     

论菲涅耳公式对半波损失的解释

本文对一般教科书中直接用菲涅耳公式解释电磁波的半波损失问题提出质疑,认为平行于入射面的反射波、折射波与入射波的电矢量振动的振幅一般不在同一直线上,由菲涅耳公式给出的反射波、折射波与入射波电矢量振动的振幅之比,只能描述其相应振幅之比的大小随入射角和折射角变化的关系,而不能反映其相应振幅间的位相随入射角和折射角变化的关系.笔者认为若将平行于入射面的电矢量振动的振幅分解为平行于界面法线和垂直于界面法线的两个坐标分量,然后根据边界条件导出相应振幅坐标分量之比随入射角和折射角变化的关系。便可以较为严格地解释电磁波在界面反射中发生半波损失的物理实质。 关于电磁波的半波损失在其有关学术领域中一直是一个众说纷纭的问题,近年来,在国内举行的有关学术讨论会中,对该问题的争论重新激烈起来,其争论的焦点在于如何用菲涅耳公式解释电磁波传播至两不同介质的界面时,发生半波损失现象的物理实质。 所谓半波损失,其实质是位相突变π,即电磁波经界面反射后,反射波的电矢量振动的振幅与入射波的振幅反向,亦有π的位相差。反射波位相的改变取决于具体问题的边界条件。振幅反向即位相差为π。对应半波长(λ/2)的光程改变。并非反射过程中真实失去λ/2的光程。 经典电磁理论认为,     

自由电子激光中预群聚电子束的传播性质

 研究了在自由电子激光(FEL)中预群聚电子束的传播性质,并得到如下结论:在预电子束的传播过程中,基波调制电流的振幅随传播距离增加,其相位保持不变;谐波调制电流的振幅及相位均保持不变。     

非均匀尘埃等离子体中孤子的传播

运用约化摄动法研究了非均匀尘埃等离子体中孤子的传播情况. 在低阶近似下, 对于小的、但有限振幅的长波振动, 当分界面不连续变化时,孤子在不连续点的反射波与透射波均可由 KdV 方程来描述, 并给出了低阶近似情况下, 对于小的、但有限振幅的长波振动, 当入射波为单孤子时, 反射孤子与透射孤子的个数及其大小;当分界面是有限长度并连续变化时,对于小的、但有限振幅的长波振动, 尘埃声孤波由KdV型方程来描述,并由此给出了准孤子振幅、传播速度等参量在传播过程中的变化. 关键词： 尘埃等离子体 孤子 KdV方程 约化摄动法     

一“波”发现

正James Hough教授娓娓讲述了过去30年从建造引力波探测器原型到革命性地发现引力波的故事。1989年初,我在《物理世界》里写道:"引力波会被探测到,那时它将打开一个全新的天文学窗口。"在刚过去的3年里,我们共探测到了6例引力波。我很高兴地看到,文章中的很多预言都变成了现实。在约一个世纪以前,爱因斯坦在广义相对论中预言了引力波的存