正版现货新书 引力波探测 9787030647665 王运永
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作者王运永
出版社科学出版社
ISBN9787030647665
出版时间2021-12
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定价198元
货号28547171
上书时间2024-12-27
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导语摘要
引力波是爱因斯坦广义相对论的重要预言，引力波探测是当代物理学的前沿领域之一，引力波的发现开辟了引力波天文学研究的新纪元，是继以电磁辐射为探测手段的传统天文学之后，人类观测宇宙的一个新窗口。激光干涉仪引力波探测器在引力波发现中发挥了不可替代的关键作用，由于设计精良、结构紧密、频带宽、灵敏度高，具有广阔的发展前景，是引力波天文台的基础设备。激光干涉仪引力波探测器的发明、发展和建造者雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩也因此荣获2017年诺贝尔物理学奖。《BR》 本书详细讲述了引力波天文学的理论基础，分析了引力波天文学的特点,介绍了各种可能的天体引力波源，对激光干涉仪引力波探测器的结构、性能和工作原理进行了深入细致的阐述，对其噪声、灵敏度、状态控制、锁定、刻度等物理和技术问题进行了详细的剖析。系统地讨论了引力波的数据获取和分析方法，扼要介绍了低频引力波和高频引力波的探测方法。
目录
前言
章引言1
1.1伽利略与近代科学的兴起1
1.2牛顿和万有引力定律3
1.3爱因斯坦和广义相对论4
第2章广义相对论概述7
2.1广义相对论的建立7
2.1.1引力质量和惯性质量7
2.1.2等效原理8
2.1.3高斯曲线坐标和黎曼几何9
2.1.4广义相对性原理10
2.1.5引力场11
2.2引力场的数学描述14
2.2.1时空线元14
2.2.2测地线方程15
2.2.3黎曼曲率张量15
2.2.4引力场方程16
2.3引力场方程求解16
2.3.1球对称引力场和施瓦西度规17
2.3.2后牛顿近似17
2.4广义相对论的预言与检验17
2.4.1行星近日点的剩余进动17
2.4.2引力红移19
2.4.3光线偏转19
2.4.4引力波22
第3章引力波理论基础23
3.1引力辐射的产生23
3.2引力波方程23
3.3引力波的特性26
3.4引力波与电磁波的比较28
3.5统一场理论和引力场量子化29
3.5.1广义相对论和量子力学的相容性29
3.5.2统一场理论29
3.5.3引力场量子化30
3.6引力波的可探测性31
3.6.1引力波强度估算31
3.6.2引力波对测试质量粒子的作用32
3.7天体引力波源33
3.7.1致密双星的旋绕与并合33
3.7.2黑洞36
3.7.3超新星爆发38
3.7.4中子星或黑洞形成38
3.7.5新生中子星的“沸腾”39
3.7.6坍缩星核的离心悬起39
3.7.7旋转的中子星39
3.7.8超大质量黑洞41
3.7.9随机背景辐射41
第4章引力波的发现45
4.1引力波存在的间接证据45
4.2引力波的发现47
4.2.1个引力波事例GW15091448
4.2.2第二个引力波事例GW15122655
4.2.3第三个引力波事例GW17010457
4.2.4第四个引力波事例GW17081458
4.2.5第五个引力波事例GW17081761
4.3雷纳韦斯，巴里巴里什和基普索恩荣获2017年度
诺贝尔物理学奖64
4.4引力波天文学的特点68
4.5电磁辐射天文学和引力波天文学的关系70
4.6引力辐射天体源的定位71
第5章共振棒引力波探测器72
5.1共振棒引力波探测器的工作原理72
5.1.1引力波探测的兴起72
5.1.2共振棒引力波探测器的工作原理73
5.1.3引力波作用下共振棒的振动73
5.1.4共振棒从引力波吸收的能量75
5.2共振棒引力波探测器的基本结构76
5.2.1共振棒77
5.2.2隔震系统77
5.2.3低温系统77
5.2.4信号耦合与读出——传感器78
5.2.5宇宙线监测器81
5.2.6环境监测81
5.3共振棒引力波探测器的噪声81
5.3.1共振棒的热噪声82
5.3.2电子学噪声82
5.3.3电子学噪声的反向作用83
5.3.4共振棒引力波探测器的总噪声84
5.4共振棒引力波探测器的改进与升级85
5.4.1光学传感读出系统85
5.4.2球形共振质量引力波探测器86
5.5共振棒引力波探测器国际网87
5.6共振棒引力波探测器的发展历程与实验结果88
第6章激光干涉仪引力波探测器的结构和工作原理91
6.1代激光干涉仪引力波探测器91
6.1.1激光干涉仪引力波探测器的兴起92
6.1.2大型激光干涉仪引力波探测器LIGO的建造96
6.1.3国际大型激光干涉仪引力波探测器网99
6.2激光干涉仪引力波探测器的工作原理102
6.3激光干涉仪引力波探测器的基本结构106
6.3.1迈克耳孙干涉仪107
6.3.2光延迟线114
6.3.3法布里-珀罗腔116
6.3.4功率循环系统127
6.3.5激光器132
6.3.6清模器141
6.3.7法拉第光隔离器145
6.3.8激光干涉仪引力波探测器中的镜子147
6.3.9隔震与镜体悬挂系统150
6.3.10真空系统173
第7章激光干涉仪引力波探测器的噪声和灵敏度175
7.1激光干涉仪引力波探测器的噪声分析175
7.1.1地面震动噪声175
7.1.2光量子噪声175
7.1.3热噪声183
7.1.4引力梯度噪声193
7.1.5杂散光子噪声194
7.1.6残余气体噪声194
7.1.7激光干涉仪引力波探测器的噪声曲线194
7.2激光干涉仪引力波探测器的灵敏度195
7.2.1引力波探测器的输出信息196
7.2.2应变幅度谱密度196
7.2.3傅里叶变换196
7.2.4谱密度197
7.2.5功率谱密度197
7.2.6灵敏度曲线198
7.3激光干涉仪引力波探测器的频率响应199
7.3.1线性系统的频率响应199
7.3.2归一化频率响应200
7.3.3干涉仪的传递函数200
7.3.4具有法布里-珀罗腔的激光干涉仪引力波探测器的归一化频率响应201
7.3.5具有光延迟线的激光干涉仪引力波探测器的归一化频率响应203
第8章信号读出与状态控制205
8.1激光干涉仪引力波探测器的信号读出205
8.1.1外差探测205
8.1.2零差探测210
8.2干涉仪工作状态的控制与锁定211
8.2.1庞德-德里弗-霍尔技术212
8.2.2干涉仪的锁定与状态控制235
8.3旁频光场的产生243
8.3.1振幅调制244
8.3.2频率调制245
8.3.3电光调制器和声光调制器248
8.4激光干涉仪引力波探测器的刻度256
8.4.1促动器系统的刻度257
8.4.2闭路传递函数261
8.4.3光学响应263
8.4.4灵敏度263
8.4.5探测器响应的监测264
第9章引力波数据获取与数据分析266
9.1数据获取266
9.1.1数据获取的硬件设备266
9.1.2数据结构267
9.1.3数据道和数据单元268
9.1.4数据获取的软件系统273
9.2引力波数据分析273
9.2.1数据分析通用软件工具274
9.2.2蒙特-卡罗模拟计算274
9.2.3波形分析276
9.2.4时间-频率分析法276
9.2.5变化点分析法280
9.2.6关联与符合技术280
9.2.7模板的应用283
9.2.8匹配过滤器286
9.2.92时间-频率甄别器检验288
9.2.10毛刺排除317
9.2.11数据分析流水线318
0章第二代和第三代激光干涉仪引力波探测器324
10.1激光干涉仪引力波探测器的升级324
10.1.1代激光干涉仪引力波探测器的设计目标324
10.1.2第二代激光干涉仪引力波探测器的设计目标325
10.1.3第三代激光干涉仪引力波探测器的设计目标326
10.2激光干涉仪引力波探测器的升级改进的主要方面326
10.2.1参量不稳定性抑制327
10.2.2压缩态光场332
10.2.3信号循环351
10.2.4地下干涉仪375
10.2.5低温干涉仪376
10.3第二代激光干涉仪引力波探测器——不错LIGO377
10.3.1不错LIGO的设计灵敏度和探测频带377
10.3.2不错LIGO的结构特点379
10.4地下和低温引力波探测器KAGRA381
10.4.1地下探测器381
10.4.2低温探测器382
10.4.3KAGRA的灵敏度385
10.5第三代激光干涉仪引力波探测器爱因斯坦引力波望远镜385
10.5.1爱因斯坦引力波望远镜的结构特点386
10.5.2爱因斯坦引力波望远镜可以研究的物理问题390
1章低频引力波和高频引力波探测393
11.1空间激光干涉仪引力波探测器LISA和eLISA393
11.1.1空间引力波探测器的优点394
11.1.2空间引力波探测器LISA的基本结构394
11.1.3LISA的工作原理395
11.1.4LISA的噪声396
11.2脉冲星计时阵列398
11.2.1脉冲星398
11.2.2脉冲星电磁辐射脉冲的观测特征399
11.2.3脉冲星的距离测量399
11.2.4毫秒脉冲星引力波源400
11.2.5脉冲星计时技术401
11.2.6脉冲星计时引力波探测403
11.3宇宙微波背景辐射中的B模偏振测量405
11.3.1宇宙微波背景辐射406
11.3.2B模偏振形态410
11.3.3BICEP2412
11.3.4尘埃效应418
11.4高频引力波的探测418
11.4.1宇宙学范围和高能天体物理过程中产生的高频引力波418
11.4.2高频引力波的观测420
11.4.3基于强磁场和弱光子流检测的高频引力波探测系统421
11.4.4观测高频引力波的科学意义425
参考文献427
后记441
《现代物理基础丛书》已出版书目446
彩图
内容摘要
引力波是爱因斯坦广义相对论的重要预言，引力波探测是当代物理学的前沿领域之一，引力波的发现开辟了引力波天文学研究的新纪元，是继以电磁辐射为探测手段的传统天文学之后，人类观测宇宙的一个新窗口。激光干涉仪引力波探测器在引力波发现中发挥了不可替代的关键作用，由于设计精良、结构紧密、频带宽、灵敏度高，具有广阔的发展前景，是引力波天文台的基础设备。激光干涉仪引力波探测器的发明、发展和建造者雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩也因此荣获2017年诺贝尔物理学奖。《BR》 本书详细讲述了引力波天文学的理论基础，分析了引力波天文学的特点,介绍了各种可能的天体引力波源，对激光干涉仪引力波探测器的结构、性能和工作原理进行了深入细致的阐述，对其噪声、灵敏度、状态控制、锁定、刻度等物理和技术问题进行了详细的剖析。系统地讨论了引力波的数据获取和分析方法，扼要介绍了低频引力波和高频引力波的探测方法。
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