用复数矢量方程分析行星运动

对有心力场中的行星轨迹问题，通过建立以复数矢量为变量的方程进行求解.在求解过程中不仅得到了行星运动的一般性规律，还推导出行星的速度公式和哈密顿定理，同时发现行星轨道的第二焦点位置及基于拉普拉斯-隆格-楞次矢量的轨迹方程，并由此求出不同方向发射卫星的轨迹包络线.     

龙格-楞次矢量的张量积形式及其应用

导出了平方反比中心力场的龙格-楞次矢量的一种张量积形式,即由运动质点的能动张量与位置矢量的张量积构成;给出了其守恒性的统一的数学证明;在此张量积表达形式的基础上罗列并证明了该守恒矢量的若干性质;推导并讨论了质点作各类开普勒运动的判据,尤其是束缚态椭圆轨道的能量公式.     

拉普拉斯-龙格-楞次守恒量在天体运动中的应用

拉普拉斯-龙格-楞次(Laplace-Runge-Lenz)矢量虽然在大学物理教材上没有提及,但在物理竞赛中经常会涉及,本文简单介绍Laplace-Runge-Lenz守恒量,并通过一道竞赛物理题讲解其应用.     

开普勒三定律与地球公转轨道参数的讨论

分别从拉格朗日量、龙格-楞次矢量以及微分方程出发,由万有引力定律导出了开普勒三定律,并积分得到开普勒方程与轨道周期.利用文献中的数据计算了地球公转轨道的偏心率和周期,发现有的文献给出的地球近日点和远日点速率值使得计算结果和观测值之间存在较大的不一致.分析其原因并给出了速率的修正值,从而保证了计算结果和观测值之间的自洽性.     

用隆格-楞兹矢量推导玻尔公式

利用隆格一楞兹矢量这一守恒量,在经典力学的框架中推导了量子力学中的玻尔能级公式,这样可以避开复杂的积分,使求解过程大大简化.     

《相对论、宇宙与时空》连载⑤——爱因斯坦与狭义相对论(下)

4 广义相对论的实验验证 爱因斯坦发表广义相对论的时候,求出了场方程的一些近似解.他提出了3个检验广义相对论的实验:1)引力红移;2)轨道进动;3)光线偏折[1,2,4-17].     

人造卫星相对论中间轨道的积分

由于激光技术可使人造卫星轨道测量精度大大提高,因此轨道计算必须考虑广义相对论效应.本文将中间轨道理论推广到考虑广义相对论效应的人造卫星轨道计算中,给出了相对论中间轨道的积分,并导出了以轨道参数为变量的相对论摄动运动方程.     

平方反比有心力系统的统一的Runge-Lenz矢量

本文给出平方反比有心力系统的Runge-Lenz矢量的统一的表达形式,给出了其守恒性的统一的数学证明;尤其是推导出该矢量的一种新的张量表达形式;罗列并证明了该矢量的一些性质,并基于该守恒矢量讨论了质点作各类开普勒运动的判据.     

开普勒二体系统的修正和统一的Runge-Lenz矢量

基于平方反比有心力系统的特性,并在二体运动系统等效的单体描述基础上,给出了开普勒二体系统的Runge-Lenz矢量的修正和统一的表达形式,尤其是通过恒等变换推导出该矢量的一种等效的张量积表达形式.研究表明,开普勒二体系统的RungeLenz矢量是由两质点相对于质心系的能动张量与相对位矢构成;给出了其守恒性的统一的数学证明;罗列并证明了该矢量的一些性质,并基于该守恒矢量讨论了质点作各类开普勒运动的判据.     

一种适于1维磁等离子体电磁波传输特性的FDTD分析

 提出了一个新的分析各向异性磁等离子体中电磁波传输特性的时域有限差分（FDTD）方法。该方法是将电流密度矢量与电场强度矢量之间的本构方程基于拉普拉斯变换原理转到复频域,然后再逆变换到时域得到它们之间显式的方程,最后再结合指数差分,得到离散时域的显式的FDTD迭代方程,解决了本构方程中电流密度矢量的分量相互耦合而不易直接离散的困难。该方法在数学上具有简单明了和易于计算的特点,同时通过该方法计算各向异性等离子体板的电磁波反射和透射系数,与其解析解进行比较,结果表明了该方法的准确性和有效性。     

利用热纠缠态表象获得Caldeira-Leggett密度算符方程的积分形式解

开放量子系统,即系统-热库模型,可以用一个关于密度算符的主方程来描述,比如,用来描述固态物理中耗散现象的Caldeira.Leggett主方程.虽然已经有人为了求解此主方程的约化密度矩阵的精确表达式而做过一些努力,但迄今还未见有解答.本文使用了一种全新的方法来求解Caldeira-Leggett方程,用这个新方法可以得到积分形式的显式表达.该方法的要点在于利用有序算符内积分技术把关于密度算符的微分方程首先转化成关于密度态矢量的微分方程,再将密度态矢量投影到热纠缠态表象中,Caldeira-Leggett方程就转变成了关于波函数的微分方程,而波函数是函数.这样就可以使用数学中求解微分方程的方法来求解出波函数.再次利用有序算符内积分技术,再将波函数转化为态矢量和算符,就得到了Caldeira-Leggett方程的积分形势解.     

石墨烯中选择性增强Kane-Mele型自旋-轨道相互作用

增强石墨烯中的自旋-轨道相互作用可能实现无耗散的量子自旋霍尔器件,这需要在石墨烯样品中引入独特的Kane-Mele型自旋-轨道相互作用,并保持较高的迁移率.然而,对石墨烯的外在修饰往往会引入“外禀型”Rashba自旋-轨道相互作用,会破坏可能存在的拓扑态,并带来一定程度的杂质散射,降低样品迁移率.在石墨烯表面修饰EDTA-Dy分子后,载流子迁移率得到了提高,并且可以看到显著的量子霍尔电导平台.其弱局域化效应相比被修饰之前得到了抑制,这意味石墨烯中可能引入了内禀的Kane-Mele型自旋-轨道相互作用,增强了Elliot-Yafet型电子自旋弛豫机制.进一步通过矢量磁体磁阻测量,发现该分子覆盖在石墨烯上后造成了石墨烯微弱的涟漪,这种涟漪引起的弯曲声子效应模拟了Kane-Mele型自旋-轨道相互作用.     

广义相对论和Brans-Dicke引力理论下的行星进动与星光偏折

作为两种重要的候选引力理论,广义相对论以及Brans-Dicke引力理论对于理解天体及宇宙的形成与演化具有重要的意义.本文在广义相对论和Brans-Dicke引力理论下,考察恒星附近的行星进动以及星光偏折效应.首先推导出恒星周围的静态球对称背景时空下粒子轨道方程的普适形式;然后分别针对两种引力理论,进一步利用相应的真空场方程的静态球对称精确解推导出描述行星及星光轨道方程,其为非线性的二阶常微分方程;利用微扰法求解轨道方程,得到了含高阶修正的近似解,进而给出了对应的行星进动角和星光偏折角.本文对利用更高精度的实验观测来检验、甄别引力理论具有重要的意义.     

自旋-轨道耦合二分量玻色-爱因斯坦凝聚系统的孤子解

在旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中,孤子态作为宏观量子效应的典型状态,可以通过自旋-轨道耦合进行调控,这使得对自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中孤子的研究成为近年来超冷原子领域研究的重要课题之一.本文研究了描述一维自旋-轨道耦合二分量玻色-爱因斯坦凝聚体Gross-Pitaevskii方程的精确求解,利用直接假设及可积约化方法,给出了系统多种类型的孤子解,讨论了相应的孤子动力学以及自旋-轨道耦合效应对系统的量子磁化和自旋-极化态的影响.     

极端荷电黑洞引力场中的轨道动力学

运用相平面分析法,通过求解广义相对论运动方程,得到了在极端荷电黑洞引力场中运动的天体的轨道方程,同时作出了轨道相平面图并分析了其轨道的稳定性 关键词： 相平面 稳定性 轨道     

非结构网格上Level Set方程的间断有限元解法

针对间断有限元弱形式难于求解可压缩流场中Level Set方程的问题提出间断有限元强形式,从而在统-框架下解决Level Set方程在可压缩与不可压缩流场中的求解问题.通过非结构网格上采用Legendre-Gauss-Lobatto节点构造基函数,在复杂区域上可以达到任意高阶的精度.将若干-、二、三维算例与已有文献或解析解比较,验证方法追踪自由界面的有效性.结果表明,该方法适合各种情形下Level Set方程求解,易于在复杂区域的非结构网格上实施,精度高、分辨率高且具有高质量守恒性,既能避免重新初始化过程又方便向高维扩展.     

自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体激发谱及其有效调控

利用Bogoliubov理论研究了自由空间中可调自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensates, BECs)的激发谱.通过高频近似得到具有两体相互作用时与时间无关的有效Floquet哈密顿量,从而获得一种可调的自旋-轨道耦合和一种可由周期驱动拉曼耦合调控的有效两体相互作用.基于系统有效的Floquet哈密顿量,得到凝聚体具有相互作用时的色散关系,发现周期驱动强度可以有效地调控色散关系的结构,即周期驱动的拉曼耦合可以调控系统在零动量相与平面波相之间的相变.进一步利用Bogoliubov理论得到系统的Bogoliubov-de-Gennes (BdG)方程,分别研究了凝聚体在零动量相和平面波相中的激发谱.发现零动量相中的激发谱均为声子激发,且激发谱随周期驱动强度的增加表现出贝塞尔函数的行为;平面波相中的激发谱存在声子激发和旋子激发,当周期驱动强度增加时,旋子模出现软化现象.因此,可以通过周期驱动拉曼耦合实时地调控自旋-轨道耦合BECs激发谱中的声子激发和旋子激发.     

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…     

一维自旋-轨道模型中的畴状轨道液体态

研究了一个一维可解自旋-轨道模型.在大自旋极限下，自旋自由度可以近似用经典自旋来描 述.在没有外磁场情形，系统的基态是伊辛自旋反铁磁背景下的轨道液体态.其低能元激发是 类似于spinon的轨道量子.而在有外磁场情形，系统会出现磁通点阵相.同时，磁通将系统分 割成不连通的轨道液体. 关键词： 自旋轨道系统 畴状轨道液体     

双光子光折变晶体中两分量矢量空间孤子(英文)

为了研究外加偏压双光子光折变晶体中的矢量空间孤子,建立了矢量空间孤子的动态演化方程,给出了矢量空间孤子数值解.采用数值模拟的方法,求解矢量空间孤子的数值表达式,理论预言了稳态条件下亮-亮、暗-暗自耦合矢量空间孤子的存在;同时,数值求解演化方程,分析了亮-亮自耦合矢量空间孤子的演化特性.数值结果表明,无论两孤子分量的强度近似相等还是有较大差别,这些自耦合矢量空间孤子都可以由数值积分程序给出.亮-亮、暗-暗自耦合矢量空间孤子在双光子光折变晶体中稳定存在.