強激光引起的若干引力效應.pdf

1、作為引力和天體物理研究的理論基礎，廣義相對論在邏輯上的嚴謹和數(shù)學上的優(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大多涉及大尺度的空間與時間，因此受制于實驗和觀測的條件，廣義相對論得到的直接來自于客觀事實的支持并不多．所以通過在地球實驗室中能實現(xiàn)的手段直接對廣義相對論所預言的引力效應進行檢驗將具有重大的意義． 近年來，隨著高功率超短脈沖激光技術的飛速發(fā)展，為在地球實驗室中驗證廣義相對論效應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，聚焦強度達lo<'22>W/cm<'2>，所產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空發(fā)生彎曲，產生一個局部的引力場，因此探索在強激光脈沖產生的引力場中的引力效應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界研究的熱點．同時，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． 本文的主要研究內容是將量子體系中的Berry相位與由強激光脈沖所引起的引力場相結合，得到了由強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、光強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．主要的內容包括以下三個方面： (1)根據(jù)弱場近似下

4、的線性Einstein場方程，求出了強激光脈沖產生的引力場． (2)通過引力場中的Maxwell方程，運用幾何光學近似，得到了光子在由強激光脈沖所引起的引力場中的Hamilton，在此基礎上，研究并得到了探針脈沖光的引力Berry相位修正的表達式．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、光強的變化和頻率的引力紅移現(xiàn)象的解析表達式． (3)本文最后，對以上的結論作了數(shù)值分析，并對比了相關的一些工作