揭示的弱场引力波方程 引力波的本质 张朝阳的物理课 探索 (揭示的弱场引力是什么)

《张朝阳的物理课》第二百三十二期

引力波

引力波是时空曲率的波动，是由加速运动的质量引起的。它的传播速度等于光速。

引力波的具体形式

要推导出引力波的具体形式，需要求解爱因斯坦场方程，方程形式如下：

G_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4} T_{\mu\nu} 其中， $G_{\mu\nu}$ 是爱因斯坦张量，描述时空曲率 $T_{\mu\nu}$ 是物质应力-能量张量，描述物质分布 $G$ 是牛顿万有引力常数 $c$ 是光速 在弱场近似下，度规偏离平坦度规的形式可以写为： g_{\mu\nu} = \eta_{\mu\nu} + h_{\mu\nu} 其中， $\eta_{\mu\nu}$ 是平坦时空的度规 $h_{\mu\nu}$ 是度规的微扰部分 代入爱因斯坦场方程，可以得到引力波的波动方程： \Box h_{\mu\nu} = -\frac{16\pi G}{c^4} T_{\mu\nu} 其中，$\Box$ 是达朗贝尔算符。 根据波方程解，引力波具有两种模式： 张量模式：时空曲率在两个垂直方向上的分量交替变化 矢量模式：时空曲率在单个方向上的分量变化

引力波的观测效应

引力波会导致可观测效应，例如： 测地偏离： 引力波会使物体偏离其原有的运动轨迹 光线弯曲： 引力波会使光线的传播方向发生弯曲 时间延迟： 引力波会使电磁波的传播时间发生延迟

引力波的观测

首次直接观测到引力波是在2015年，由美国的两个激光干涉引力波天文台（LIGO）实现。自此，已经观测到越来越多的引力波事件。 引力波天文学的诞生开辟了宇宙学研究的新篇章。与电磁波相比，引力波具有极强的穿透能力，可以穿透宇宙中不透明的物质，为我们提供了一个观测宇宙深空的新窗口。