论文摘要
作为研究电磁场与引力场之间基本相互作用的强有力工具,光在引力场中的传播提供了电磁场和引力场性质的大量信息。为了检验光子与引力场的耦合,探测出超越标准爱因斯坦-麦克斯韦模型以外的微弱效应,目前的高精度实验给人类带来了新机遇,并由此提供了深入理解这两种基本作用力的手段。为了深入理解电磁场和引力场的基本相互作用,前人提出了带有两种极化状态的光子与外尔张量的耦合理论,外尔张量能从带有外尔改正的麦克斯韦方程推导出来,其中外尔张量代表了引力场的扭曲。在四维时空中,这种相对于广义相对论的改正能被一个耦合强度参数α描述。本文的工作就是对上述问题的实证方面进行了较为深入的研究和讨论。通过考虑这种耦合,首先本文研究了这种耦合效应的太阳系经典实验检验,包括光线偏折,引力时延和卡西尼跟踪实验,通过这些新数据限制参数α,这些工作前人并没有研究过,这些实验数据也是首次用于检验光子与外尔张量的耦合。本文得到的实验上限是|α|＝4 × 1011-5 × 1013m2,其中最强的限制来自于卡西尼。因此,寄希望于未来探测器跟踪中所实施的高精度频率标准,α的上限会进一步改善。其次,在本文中,一个新的实验——引力时间提前——用来检验并研究光子与外尔张量的耦合。这个新实验不同于夏皮罗时间延迟,主要依赖于地球上的观测者和遥远探测器之间光信号的往返原时间隔（而不是坐标时间隔）。通过对远离太阳的探测器进行测距,两种特殊情况（上合与下合）被用于分析光子与外尔张量耦合贡献的时间提前观测效应。本文研究表明下合情况更适合探测由光子与外尔张量耦合引起的时间提前。在上合和下合情况下,不同极化状态下的引力时间提前要大于或小于广义相对论下的引力时间提前。尽管时间提前的可观测效应超出了现有的技术水平,但在不远的未来,行星际激光测距和光钟的实现可以提供给我们对于光子与外尔张量耦合更多的认知。全文共分五章。第1章简要地回顾了修改相对论的发展历史以及与本课题有关的研究现状。第2章着重阐述了光子与外尔张量耦合理论。第3章和第4章的内容是作者攻读硕士期间的主要研究课题。在第3章中,首次利用已有的太阳系经典实验数据来检验光子与外尔张量的耦合。在第4章中,探讨引力时间提前实验用于研究和检验光子与外尔张量耦合的可能性。在第5章中,给出本文的总结和展望。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 李刚
导师: 邓雪梅
关键词: 相对论天体测量,太阳系实验检验,修改引力,电磁场与引力场相互作用
来源: 中国科学技术大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 天文学
单位: 中国科学技术大学
基金: 国家自然科学基金,编号:11773080,11473072和11533004
分类号: P18
总页数: 47
文件大小: 2542K
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标签：相对论天体测量论文; 太阳系实验检验论文; 修改引力论文; 电磁场与引力场相互作用论文;