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引力波物理 内容简介
在中国开展引力波探测得到了党和国家的高度重视，习近平总书记亲自批示。基金委、科技部、科学院、教育部等部门对引力波的研究已经有了近、中、远期布局并启动了一批项目。中国对引力波的研究支持力度在不断加强，力争在引力波物理研究领域做出国际水准的工作。 本书内容包括：数值相对论基础、双致密星旋近的引力波、特别质量比系统为 动力学和引力波、黑洞准正规频率的解析估算、宇 宙学标量微扰诱导引力波、引力波标准汽笛，早期宇宙相变和宇宙弦产生的引力 波、引力波天体物理波源：现状与展望。本书适合天文学、宇宙学相关专业高年级本科生、研究生及科研人员及对引力波物理感兴趣的人员参考阅读。
引力波物理 目录
目录
序言
**章 数值相对论基础 1
1.1 数值相对论发展简史和研究现状 1
1.2 时间演化形式的爱因斯坦方程 3
1.2.1 时空流形的 3 1 分解 3
1.2.2 一阶时间导数和外*率 4
1.2.3 外*率的一些性质 5
1.2.4 高斯方程和 Codazzi 方程 6
1.2.5 二阶时间导数和外*率的演化 7
1.2.6 演化方程与爱因斯坦方程的关系 8
1.2.7 坐标选择问题 10
1.3 数值相对论核心困难和现行处理方法 11
1.3.1 计算方程形式问题 11
1.3.2 黑洞奇点问题 14
1.3.3 多物理尺度问题 15
1.3.4 边界条件问题 16
1.3.5 坐标选择问题 17
1.3.6 并行可扩展性问题 18
1.4 小结和展望 19
作者简介 20
第二章 致密双星旋近的引力波简介 21
2.1 引言 21
2.2 引力的线性近似 22
2.3 引力的后牛顿展开 28
2.3.1 引力场方程的朗道–栗弗席兹形式与后闵可夫斯基展开 29
2.3.2 后牛顿展开 33
2.4 双星系统的引力波 42
2.4.1 分立物体组成系统的运动方程 42
2.4.2 两体运动 44
2.4.3 双星绕转的四极引力波辐射 45
2.4.4 引力波引起的轨道衰减 49
2.5 引力波的探测 50
2.5.1 引力波在干涉仪探测器中的信号 51
2.5.2 在探测器的局域惯性系中计算引力波的信号 55
2.5.3 匹配滤波 58
2.6 小结 63
作者简介 64
参考文献 64
第三章 极端质量比旋近：动力学和引力波 66
3.1 引言 66
3.2 试验粒子的运动 68
3.3 延展体在强场中的运动 71
3.4 引力波的四极辐射 74
3.5 等效单体和黑洞微扰 75
3.5.1 等效单体方法 75
3.5.2 图科斯基方程 77
3.6 小结 80
作者简介 80
参考文献 81
第四章 广义相对论及其超越理论中黑洞似正规模的分析估值 84
4.1 引言 84
4.2 广义相对论 86
4.2.1 扰动方程 86
4.2.2 程函近似下的似正规模计算 88
4.3 标量高斯-伯奈特引力 91
4.3.1 理论及黑洞解 92
4.3.2 扰动方程 93
4.3.3 程函近似下的似正规模计算 95
4.3.4 光程函数表达式总结 97
4.4 讨论 99
作者简介 80
参考文献 99
第五章 引力波天体波源物理研究现状和展望 102
5.1 引言 102
5.2 主要引力波天体波源：致密双星系统 103
5.3 致密双星系统的形成演化 108
5.4 超大质量双黑洞 118
5.4.1 超大质量双黑洞的形成演化和并合 119
5.4.2 超大质量双黑洞电磁观测特征及搜寻发现 122
5.5 极端质量比旋近系统 128
5.6 引力波的引力透镜 128
5.7 引力波事件的电磁对应体 129
5.8 多波段引力波探测主要方法和目标天体波源 132
5.8.1 地基激光干涉仪探测 132
5.8.2 空间激光干涉引力波探测 133
5.8.3 脉冲星测时阵探测 135
5.9 引力波探测结果 136
5.9.1 地基引力波探测结果 136
5.9.2 脉冲星测时阵探测现状 146
5.10 展望 147
作者简介 149
参考文献 149
第六章 引力波标准汽笛及其宇宙学应用 164
6.1 引言 164
6.2 宇宙中的引力波源与引力波探测器 165
6.3 引力波源作为宇宙探针 169
6.3.1 确定波源的距离 169
6.3.2 确定波源的红移 172
6.4 宇宙学参数限制 178
6.4.1 地基的激光干涉仪阵列 178
6.4.2 空间的激光干涉仪 182
6.5 标准汽笛举例 185
6.5.1 双中子星并合引力波源及其电磁对应体观测 185
6.5.2 双黑洞并合引力波源作为暗汽笛 190
6.5.3 超大质量双黑洞旋近的引力波源作为标准汽笛 194
6.6 引力波标准汽笛的其他应用 200
6.6.1 区分暗能量和修改引力 200
6.6.2 限制暗能量的各向异性 200
6.6.3 限制宇宙中的中微子质量 200
6.6.4 检验宇宙距离对偶关系 201
6.7 结论 201
作者简介 202
参考文献 202
序言
**章 数值相对论基础 1
1.1 数值相对论发展简史和研究现状 1
1.2 时间演化形式的爱因斯坦方程 3
1.2.1 时空流形的 3 1 分解 3
1.2.2 一阶时间导数和外*率 4
1.2.3 外*率的一些性质 5
1.2.4 高斯方程和 Codazzi 方程 6
1.2.5 二阶时间导数和外*率的演化 7
1.2.6 演化方程与爱因斯坦方程的关系 8
1.2.7 坐标选择问题 10
1.3 数值相对论核心困难和现行处理方法 11
1.3.1 计算方程形式问题 11
1.3.2 黑洞奇点问题 14
1.3.3 多物理尺度问题 15
1.3.4 边界条件问题 16
1.3.5 坐标选择问题 17
1.3.6 并行可扩展性问题 18
1.4 小结和展望 19
作者简介 20
第二章 致密双星旋近的引力波简介 21
2.1 引言 21
2.2 引力的线性近似 22
2.3 引力的后牛顿展开 28
2.3.1 引力场方程的朗道–栗弗席兹形式与后闵可夫斯基展开 29
2.3.2 后牛顿展开 33
2.4 双星系统的引力波 42
2.4.1 分立物体组成系统的运动方程 42
2.4.2 两体运动 44
2.4.3 双星绕转的四极引力波辐射 45
2.4.4 引力波引起的轨道衰减 49
2.5 引力波的探测 50
2.5.1 引力波在干涉仪探测器中的信号 51
2.5.2 在探测器的局域惯性系中计算引力波的信号 55
2.5.3 匹配滤波 58
2.6 小结 63
作者简介 64
参考文献 64
第三章 极端质量比旋近：动力学和引力波 66
3.1 引言 66
3.2 试验粒子的运动 68
3.3 延展体在强场中的运动 71
3.4 引力波的四极辐射 74
3.5 等效单体和黑洞微扰 75
3.5.1 等效单体方法 75
3.5.2 图科斯基方程 77
3.6 小结 80
作者简介 80
参考文献 81
第四章 广义相对论及其超越理论中黑洞似正规模的分析估值 84
4.1 引言 84
4.2 广义相对论 86
4.2.1 扰动方程 86
4.2.2 程函近似下的似正规模计算 88
4.3 标量高斯-伯奈特引力 91
4.3.1 理论及黑洞解 92
4.3.2 扰动方程 93
4.3.3 程函近似下的似正规模计算 95
4.3.4 光程函数表达式总结 97
4.4 讨论 99
作者简介 80
参考文献 99
第五章 引力波天体波源物理研究现状和展望 102
5.1 引言 102
5.2 主要引力波天体波源：致密双星系统 103
5.3 致密双星系统的形成演化 108
5.4 超大质量双黑洞 118
5.4.1 超大质量双黑洞的形成演化和并合 119
5.4.2 超大质量双黑洞电磁观测特征及搜寻发现 122
5.5 极端质量比旋近系统 128
5.6 引力波的引力透镜 128
5.7 引力波事件的电磁对应体 129
5.8 多波段引力波探测主要方法和目标天体波源 132
5.8.1 地基激光干涉仪探测 132
5.8.2 空间激光干涉引力波探测 133
5.8.3 脉冲星测时阵探测 135
5.9 引力波探测结果 136
5.9.1 地基引力波探测结果 136
5.9.2 脉冲星测时阵探测现状 146
5.10 展望 147
作者简介 149
参考文献 149
第六章 引力波标准汽笛及其宇宙学应用 164
6.1 引言 164
6.2 宇宙中的引力波源与引力波探测器 165
6.3 引力波源作为宇宙探针 169
6.3.1 确定波源的距离 169
6.3.2 确定波源的红移 172
6.4 宇宙学参数限制 178
6.4.1 地基的激光干涉仪阵列 178
6.4.2 空间的激光干涉仪 182
6.5 标准汽笛举例 185
6.5.1 双中子星并合引力波源及其电磁对应体观测 185
6.5.2 双黑洞并合引力波源作为暗汽笛 190
6.5.3 超大质量双黑洞旋近的引力波源作为标准汽笛 194
6.6 引力波标准汽笛的其他应用 200
6.6.1 区分暗能量和修改引力 200
6.6.2 限制暗能量的各向异性 200
6.6.3 限制宇宙中的中微子质量 200
6.6.4 检验宇宙距离对偶关系 201
6.7 结论 201
作者简介 202
参考文献 202
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