強(qiáng)激光引起的若干引力效應(yīng).pdf

1、作為引力和天體物理研究的理論基礎(chǔ)，廣義相對論在邏輯上的嚴(yán)謹(jǐn)和數(shù)學(xué)上的優(yōu)美得到了廣大理論工作者的青睞．不過，由于引力過程及引力效應(yīng)大多涉及大尺度的空間與時(shí)間，因此受制于實(shí)驗(yàn)和觀測的條件，廣義相對論得到的直接來自于客觀事實(shí)的支持并不多．所以通過在地球?qū)嶒?yàn)室中能實(shí)現(xiàn)的手段直接對廣義相對論所預(yù)言的引力效應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)將具有重大的意義． 近年來，隨著高功率超短脈沖激光技術(shù)的飛速發(fā)展，為在地球?qū)嶒?yàn)室中驗(yàn)證廣義相對論效應(yīng)提供了一種新的可能性．目前

2、，激光的輸出功率已超過1.3×10<'16>W，聚焦強(qiáng)度達(dá)lo<'22>W/cm<'2>，所產(chǎn)生的光脈沖寬度可至fS量級．如此之高的能量密度是足可以是脈沖周圍的時(shí)空發(fā)生彎曲，產(chǎn)生一個(gè)局部的引力場，因此探索在強(qiáng)激光脈沖產(chǎn)生的引力場中的引力效應(yīng)和檢測方法引起了越來越多的人的興趣． 自從Berry于1984年提出了整體幾何相位以來，量子系統(tǒng)的幾何相位問題就一直是物理學(xué)界研究的熱點(diǎn)．同時(shí)，也有許多人將目光移至引力場，討論了在各種不同的引

3、力場中的Berry相位問題． 本文的主要研究內(nèi)容是將量子體系中的Berry相位與由強(qiáng)激光脈沖所引起的引力場相結(jié)合，得到了由強(qiáng)激光脈沖所引起的引力場對于探針脈沖光(弱電磁場)的Berry相位修正；此外，在本文中，也討論了在這種背景下的探針脈沖光的引力Faraday效應(yīng)、光強(qiáng)的變化和頻率的引力紅移現(xiàn)象． 本文的基本理論框架是廣義相對論和引力下的Maxwell電磁理論．主要的內(nèi)容包括以下三個(gè)方面： (1)根據(jù)弱場近似下

4、的線性Einstein場方程，求出了強(qiáng)激光脈沖產(chǎn)生的引力場． (2)通過引力場中的Maxwell方程，運(yùn)用幾何光學(xué)近似，得到了光子在由強(qiáng)激光脈沖所引起的引力場中的Hamilton，在此基礎(chǔ)上，研究并得到了探針脈沖光的引力Berry相位修正的表達(dá)式．此外，還得出了探針脈沖光在這種引力背景下的引力Faraday效應(yīng)、光強(qiáng)的變化和頻率的引力紅移現(xiàn)象的解析表達(dá)式． (3)本文最后，對以上的結(jié)論作了數(shù)值分析，并對比了相關(guān)的一些工作