用卡文迪許扭秤實(shí)現(xiàn)引力通信的理論與設(shè)計(jì).pdf

1、自然界有四種基本相互作用，分別為電磁相互作用，引力相互作用，強(qiáng)相互作用，以及弱相互作用。其中電磁力與引力屬于長程力，也就是說這二者在宏觀世界作用明顯。人們通過對電磁作用的探索與研究，發(fā)現(xiàn)可以利用電磁波作為媒介傳遞信息，以此來進(jìn)行長距離通信。電磁波能夠穿越真空傳播，因此目前電磁波是唯一一種能夠穿越真空進(jìn)行編碼通信的載體。如果能夠?qū)崿F(xiàn)利用同樣為長程力的引力來進(jìn)行編碼通信，那么就為人類找到了第二種可以穿越真空傳遞信息的載體。這無論是在基礎(chǔ)理論

2、還是實(shí)踐應(yīng)用方面都具有重大的意義。
　　 研究引力作用的理論主要是牛頓的萬有引力理論與愛因斯坦的廣義相對論。后者比前者更為精確。廣義相對論從幾何學(xué)的角度來研究引力，把引力描述為時空本身的彎曲。這是具有里程碑意義的。因而相對論成為了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石之一。廣義相對論預(yù)言了引力波的存在。1993年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者赫爾斯和小約瑟夫泰勒通過對一種新型脈沖星的的觀測和研究，間接證明了引力波的存在。不過引力波至今仍未被直接探測到。但是

3、引力場是能夠傳遞信息的。
　　 本文提出一種基于該實(shí)驗(yàn)的用交變引力場實(shí)現(xiàn)編碼通信的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。其實(shí)驗(yàn)原理是用做往返周期運(yùn)動的大質(zhì)量球M作為信源，用卡文迪許扭秤上的小質(zhì)量球作為信宿，信源的往返周期運(yùn)動就會產(chǎn)生交變引力場，就會使得信宿端的小質(zhì)量球以相同頻率運(yùn)動。若在信源處用頻率調(diào)制的方法將0，1碼調(diào)制到不同的頻率上面，然后在信宿端通過光電信號的檢測，便可以實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)之間的通信了。本實(shí)驗(yàn)是可實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榕c引力波產(chǎn)生的空間畸變相比，交變引力

4、場使得信宿端產(chǎn)生的運(yùn)動效應(yīng)要大得多，能夠?yàn)楝F(xiàn)有的儀器和測量手段所測得。本文給出了具體的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方法，各種數(shù)據(jù)的理論計(jì)算，以及采集系統(tǒng)中的上位機(jī)編程等等。
　　 本文還給出了一種測量引力傳播速度的可行性實(shí)驗(yàn)方案。該實(shí)驗(yàn)的原理是利用了卡文迪許實(shí)驗(yàn)裝置的原理，通過將萬噸級油輪作為信源作往返運(yùn)動，信源的引力作用通過交變引力場到達(dá)兩個卡文迪許扭秤的時間是不同的，用激光干涉法測量兩個卡文迪許扭秤運(yùn)動之間的相位差，并計(jì)算出時間差，通過已知的兩

5、個卡文迪許扭秤之間的距離，最后即可算出交變引力場的傳播速度。
　　 引力場與電磁場相比是非常弱的，但自然界的物體一般都呈現(xiàn)電中性，因此物體之間引力作用占主導(dǎo)，尤其是在恒星和行星這些大質(zhì)量的星體之間。通過對引力場規(guī)律的探索和研究，我們可以了解天體間的運(yùn)行規(guī)律。引力場無法被屏蔽，衰減也小，因此也可以通過探測遙遠(yuǎn)巨大星體發(fā)射的引力波來得到這些星體的許多信息。本文所提出的實(shí)驗(yàn)只是從原理上驗(yàn)證通過引力場傳遞信息是可實(shí)現(xiàn)的，但也是具有一定的