剖析弱场引力波方程 揭开其形状奥秘 张朝阳的物理课 探究引力波之谜

张朝阳求解弱场引力波方程 引力波的本质和作用 引力波是一种时空中涟漪状的扰动，由大质量物体加速运动产生。它们以光速在宇宙中传播，对其他物体产生引力效应。 引力波的具体形式 广义相对论表明，物质存在会导致时空弯曲。度规是描述时空弯曲的一种数学工具，其二阶导数组成黎曼曲率。当时空是微弱弯曲时，度规的微扰满足以下波动方程： html ∇^2 h_μν - ∂^2 h_μν/∂t^2 = 0 其中，∇是协变导数，h_μν是度规的微扰。 求解该方程，可以得到度规的两种模式： 正交偏振模式：h_μν仅包含对角分量，表明时空伸缩和压缩。 横向无迹模式：h_μν不包含对角分量或方程的求解 对于静态时空中（如恒星内部），爱因斯坦场方程可以得到静态解。对于动态时空（如引力波），需要求解波动的爱因斯坦场方程，即弱场引力波方程。 引力波的发现和证实 爱因斯坦预言引力波的存在，但直到20世纪70年代才通过对双中子星缠绕现象的观察得到间接证实。 2015年9月，LIGO引力波探测器首次直接探测到了引力波信号，开启了引力波天文学的新时代。 引力波的特性 与电磁波相比，引力波与物质的相互作用较弱，穿透能力强。宇宙在引力波面前几乎是透明的，因此引力波可以携带早期宇宙的演化信息。