引力波是广义相对论的重要预言,是时空弯曲的波,以光速传播。关于引力波是否存在的
问题已经争论了数十年,终于得到了验证。
历史回顾
1916年,
爱因斯坦提出引力波的存在。
1950年代,赫尔曼·邦迪等人确定了引力波携带能量。
1962年,雷纳·萨克斯和
约瑟夫·波多尔斯基规范了描述引力波的方法。
1974年,罗素·霍尔斯和约瑟夫·泰勒发现了第一颗脉冲双星系统,并观测到其轨道eta_{\mu\nu}
其中:
$g_{\mu\nu}$ 是实际度规
$\eta_{\mu\nu}$ 是平直时空的度规
$\mu$ 和 $\nu$ 是时空坐标的指标
波动方程
应用爱因斯坦方程的弱场近似,并使用爱因斯坦求和
规则,可以得到引力势微扰的波动方程:
\Box h_{\mu\nu} - \frac{1}{2} \partial_{\mu} \partial_{\nu} h - \partial^{\alpha} \partial_{(\mu} h_{\nu)\alpha} = -16\pi G T_{\mu\nu}
其中:
$\Box$ 是达朗贝尔算子
$T_{\mu\nu}$ 是物质能量-动量张量
这个波动方程描述了引力势微扰如何以光速传播,并与物质能量-动量张量相耦合。
结论
引力波的存在是广义相对论的重大预言,已经得到了LIGO
探测器的验证。弱场下的引力微扰方程揭示了引力波的传播和与物质能量-动量张量的相互作用。引力波天文学是一个新兴
领域,为我们提供了探索
宇宙和测试广义相对论的新途径。
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