双极化态高斯束对高频遗迹引力波在一高斯型静磁场背景中的谐振响应以及相应的量子估算

论文摘要

引力波是爱因斯坦广义相对论的直接推论,对引力波的检测,是对广义相对论最有效和最严格的检验,也是对广义相对论最激动人心的检验。目前引力波存在的唯一证据是PSR1913+16 致密双星辐射阻尼效应的间接证明。基于引力波和电磁波相互作用的研究,李芳昱教授提出了用高斯束的谐振响应显示高频引力波的全新方案。该方案给出了平面引力波通过同时存在高斯束和匀强静磁场背景区域的扰动解,并发现在同步谐振条件下可望得到可供观测的扰动光子流。这一方案已经得到国际同行的认可。为了提供更有效的理论基础和观测方案,本文采用具有现实边界条件的静态磁场背景——高斯型分布的非匀强磁场,而引力波部分为暴胀宇宙模型所预期的遗迹引力波,通过求解弯曲时空中的电动力学方程,得到了扰动电磁场的精确表达式。这一处理避免了静磁场在边界不连续,从而在理论意义上更具严格性。并采用更具实际意义的双极化态的高斯束与得到的一阶扰动电磁场进行谐振响应,从而得到在一特定平面单位时间所能接收到的扰动光子流的解析表达式,并做了数值计算,在典型实验室参量条件下,在10-2m2 接收面上可望得到每秒1.82 ×102个扰动光子。最后从量子引力理论角度出发对相关结果作了估算,得到了与经典理论自洽的结果。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 引言
• 1 引力理论的发展
• 1.1 Newton 引力理论
• 1.1.1 牛顿引力理论的形成
• 1.1.2 牛顿引力理论的成就和问题
• 1.2 Einstein 引力理论
• 1.2.1 相对性原理的历史
• 1.2.2 引力几何化
• 1.2.3 爱因斯坦场方程的提出
• 1.2.4 爱因斯坦引力理论的实验验证和问题
• 1.3 现代引力理论
• 1.3.1 引力的“磁性”
• 1.3.2 引力与电磁力的统一
• 1.3.3 时空奇性和宇宙监督
• 1.3.4 量子引力
• 2 高频引力波
• 2.1 高频引力波的产生机制
• 2.2 高频引力波的显示方案
• 3 匀强静磁场背景平面引力波向电磁波的转化
• 4 高斯型静磁场背景遗迹引力波向电磁波的转化
• 5 双极化态高斯束谐振方案
• 6 量子估算
• 7 结论与讨论
• 致谢
• 参考文献
• 附录