张朝阳求解弱场引力波方程
引力波:简介和作用
引力波是时空曲率的波动,由大质量物体的加速运动产生。就其作用而言,它们可以扰动其他物体(如光子)的运动,导致可
观测到的
效应。
引力波的具体形式
广义相对论的框架中,时空曲率由称为度规的
张量描述。对于弱引力场(相对于光速平方的扰动较小),度规可以表示为平直度规的扰动。
求解
爱因斯坦场方程(描述时空曲率与物质分布之间关系的方程)即可得到度规的具体形式:
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g(mu,nu) = eta(mu,nu) + h(mu,nu)
其中:
`g(mu,nu)` 是受扰动后的度规
`eta(mu,nu)` 是平直度规
`h(mu,nu)` 是度规的扰动
引力波的两种模式
度规扰动可以分解为两种模式:
正交模式:度规扰动消失,即 `h(mu,nu) = 0`
非正交模式:度规扰动不消失,即 `h(mu,nu) != 0`
正交模式不会产生引力波,而非正交模式会产生两种引力波极化:
加号极化:度规扰动 `h(xx) = h(yy)`, `h(xy) = h(yx) = 0`
叉号极化:度规扰动 `h(xx) = -h(yy)`, `h(xy) = -h(yx) = 0`
引力波的观测
引力波导致时空中测地偏离,从而可以观测到以下效应:
激光干涉仪法:使用干涉仪检测引力波导致的时空长度变化。
脉冲星计时法:观测脉冲星的脉冲到达时间,检测引力波导致的时空延时。
微波引力透镜效应:引力波会作用于微波背景辐射的光子,导致光子偏折,从而观测到微波背景辐射图案的变化。
张朝阳
推导引力波的具体形式
张朝阳在《张朝阳的
物理课》中推导了度规的微扰方程并求解了度规的形式。他介绍了引力波的两种模式,并利用测地偏离方程介绍了引力波导致的可观测效应。
总结
引力波是时空曲率的波动,由大质量物体的加速运动产生。可以通过激光干涉仪法、脉冲星计时法和微波引力透镜效应等方法观测到引力波の存在。理解和观测引力波对于研究
宇宙的演化和引力理论至关重要。
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