引力場中真空折射率的改變及光的傳播特性研究.pdf

1、自從愛因斯坦創(chuàng)立廣義相對論以來，大量的天文觀測證實了這一引力理論的正確性。但是理論學家相信，自然界是統(tǒng)一的，因此引力、電磁力、弱力、強力這四種基本相互作用應該可以用一個統(tǒng)一的理論來描述。愛因斯坦本人做了開創(chuàng)性的工作，即試圖建立一個將引力和電磁力納入同一理論框架的統(tǒng)一場論，但是雖然盡了后半生漫長而艱辛的努力，終未能成功。今天，電、弱、強這三種基本相互作用已經(jīng)在量子理論的框架下基本得以統(tǒng)一，而引力場的量子化雖經(jīng)長達70多年的艱難攻關，卻始終

2、未能消除出現(xiàn)許許多多無窮大值的致命問題。
　　 另一方面，當前天體物理學和宇宙學中面臨兩個撲溯迷離的重大問題，即與星系轉動曲線異常和宇宙加速膨脹等一系列問題相聯(lián)系的暗物質、暗能量問題。這些問題連同引力場量子化的無窮大問題等，強烈地預示著需要對愛因斯坦的幾何化引力理論給予嚴肅的審查，尤其是對真空在引力相互作用中扮演的角色需要進行仔細的考察。
　　 鑒于此，為了證明從真空出發(fā)建立一個引力相互作用的理論是可行的，本文在闡述量子

3、真空的基本物理特性的基礎上，從真空漸變折射率的角度考察了引力場中光的傳播特性，并將得到的結果應用于引力透鏡的研究，用傳統(tǒng)光學的方法解決了引力場中光的傳播的一系列問題。
　　 本論文的研究內容和創(chuàng)新工作主要包括以下幾個方面：
　　 (1)提出了真空很可能是傳遞引力相互作用的媒介物質的思想，認為真空會因為有引力物質的存在而受到影響，提出了引力場中非均勻真空的概念。根據(jù)光在彎曲時空中傳播與在非均勻介質中傳播的費馬原理之間的相似

4、性，提出一個非均勻的真空與廣義相對論的彎曲時空相對應。
　　 (2)比較了光在彎曲時空中傳播與在非均勻介質中傳播的角位移公式，從兩者的相似性出發(fā)，找到了求解引力空間中真空折射率的一般方法，再結合廣義相對論中的Schwarzschild外解和內解，求解了引力物質系統(tǒng)外部和內部空間中的真空折射率分布，發(fā)現(xiàn)在弱場下內外兩個折射率分布可以用一個簡單統(tǒng)一的引力勢的指數(shù)函數(shù)來表達，從而將彎曲時空、真空漸變折射率和引力勢三者聯(lián)系了起來。