宇宙的低语 探索广义相对论下的线性引力波

科技资讯 2025-01-06 01:52:10 浏览

导言

引力波是广义相对论的重要预言,是时空弯曲效应的传播。在理论上确认引力波的存在性后,科学家们设计并建造了各种探测器进行探测。本文将介绍引力波的存在证明历程以及如何推导出引力微扰的波动方程。

引力波的存在证明

  • 乔瑟夫·韦伯的探测尝试:1969年和1970年,韦伯建造韦伯棒用于探测引力波,但结果后来被认为是噪声干扰。
  • 形式
  • 脉冲双星系统:罗素eta_{\mu\nu}$ 是平直时空度规,$h_{\mu\nu}$ 是微扰度规。 将微扰展开到一级,可得: ``` g^{\mu\nu} = \eta^{\mu\nu} - h^{\mu\nu} ``` 代入爱因斯坦方程,得到: ``` \Box h_{\alpha\beta} = -16\pi G T_{\alpha\beta} ``` 其中 $\Box = \eta^{\mu\nu}\partial_\mu\partial_\nu$ 是达朗贝尔算符。

    波动方程

    对于没有源的真空情况,微扰度规满足: ``` \Box h_{\alpha\beta} = 0 ``` 该方程即为引力微扰的波动方程,描述了引力波在时空中的传播。

    结论

    引力波的存在已得到广泛证实。引力微扰的波动方程是广义相对论的重要预言,为理解引力波的传播提供了理论基础。激光干涉引力波天文台等探测器为观测和研究引力波提供了重要工具,开启了引力波天文学的新时代。
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