引力波【精品-ppt】.ppt

引力波,引力波源及引力波探测;报告题纲;前言：广义相对论的几个经典检验和预言 1．光谱线在引力场中的红移；距引力场源较远处接收到光的频率较低，原因：光“逃离”引力场源需要做功。 2．光线在引力场中的偏折； 牛顿理论加上光子概念可以定性解释，但定量结果却总只有观测值的一半。 3．水星进日点的进动； 多出来的43秒／百年，牛顿理论加上摄动修正无法解释。 以上三点均是广义相对论的直接推论－－史瓦西解（Schwarzschild1916）的直接结果。; 4．雷达回波延迟；1964年Shapiro首次提出。地球发出的雷达信号经太阳附近到达另一行星（或飞船），然后返回，测量信号发出与接收的时间。与广义相对论的吻合程度非常高。 5．引力辐射； 下面专门谈。 6．黑洞；等。 在经典物理中是一个“只进不出”的东西，仅由三个物理量－－质量、电荷、角动量描述，任何物质一旦掉入，信息就全部消失。在量子理论中黑洞有量子蒸发。 关于后面两个预言，目前研究处于艰难期，进展缓慢。;;;;;1. 引力波－Einstein广义相对论的预言;爱因斯坦广义相对论的引力场方程;此时的时空结构为平直时空度规再加上一个微扰 在无质量时空区域可简化为常见的波动方程：;重复指标表示求和，每个指标由1到4(时间1维，空间3维)。;结论：;2．引力波的检测原理及引力波检测;平面引力波中X型极化和+型极化对粒子环的作用示意图;两类引力波探测器;实验装置：悬挂的铝棒（重1.4吨）＋压电陶瓷传感器。灵敏度为h~2X10-15。 Weber的检测器工作在室温下，来自热运动的噪声会干扰实验结果。目前采用高Q值低内耗铝合金在超低温(10-2K)下工作，工作的引力波频段为~1000Hz段，灵敏度为h~2X10-21。 缺点：非共振频段的引力波反应弱；守株待兔式探测需要昂贵的实验维持费用。;部分实验结果：; 位于华盛顿州汉弗德的LIGO观测站,耗资3.6亿美元，它有强劲的激光器、臂长为4公里长的真空室以及奇快的数据记录器，它和位于路易斯安娜州的姐妹站开始投入使用，用于探测低频(10-4-10-1Hz)引力波，灵敏度~10-21。它们能够从地球的震动以及电子噪音中分辨出来自宇宙的??力波。观测到的数据可以用来研究黑洞的合并、不对称超新星的爆发或者是大质量天体的突然运动. ;其原理与传统的迈克尔逊干涉仪完全相同,引力波作用将引起两垂直光臂(检验质量)产生不同的距离变化，从而改变两束干涉光的光程差，通过干涉条纹移动反映出来！其工作频率下限为10Hz。欧洲宇航局拟建的LISA工作频率下限为10-2Hz。;除此之外，英德联合（德国汉诺威CEO600）、法国和意大利(VIRGO)、日本(东京大学天鼓TAMA计划)都正在或拟建造引力波探测站，但规模都比LIGO小。;引力波探测的主要困难： 1．天然引力波信号极弱。平直时空度规取 （1，-1,-1,-1），理论推算认为天然的引力波的对度规的扰动仅为~10-30的量级。目前无法人工产生高强度引力波用于实验。 2．自然条件与技术水平的局限。太空噪声，检测设备及检验质量的热运动噪声，信号转换损失，地面振动，目前的测量技术水平等。 3．强引力波源的时间随机性。 4．理论上的原因。引力波与检测质量的作用截面极小；宇宙深处的引力波按与距离平方衰减的规律传到地球，衰减多；Einstein预言引力波时使用的弱引力场线性近似等。;3．高频引力波探测的一种可能方案－－引力波的电动力学响应;曲线I－普通膨胀模型；曲线II－精质暴胀模型 探测器工作频率区域：(1)LISA（~10-7-1Hz），其中包括Mini ASTROD (~10-6-10-3Hz)；(2)LIGO (~1-104Hz)，其中包括微波腔差频响应(~103-104Hz)；(3)Weber棒(~103Hz)；(4)微波腔基频谐振(~108- 109Hz)；(5)引力波对高斯光束的电磁响应(~109-1011Hz)。高频段的探测目前还只限于理论方面的工作。;4．引力波源;在目前已经发现的大约五百颗脉冲星中, PSR 1913+16 是唯一一个由两颗中子星组成的双星系统. 从1974年以后, 泰勒和他的合作者不断地分析积累多年的观测资料, 确定了该双星系统的轨道参数以及各种相对论效应. 在 1984年发表的结果是: 两颗星的质量均为太阳质量的1.4倍, 为中子星的典型质量; 公转周期的变化率为 (-2.40±0.09)×10-12, 与广义相对论的引力辐射阻尼理论所预言的完全一致. 这是引力波存在的第一个间接定量证据, 是对爱因斯坦的广义相对论的一项重要验证. ;天体爆