引力波物理学与天文学：理论、实验和数据分析的介绍

图书标准信息

• 作者 （加）约利恩·D.E.克赖顿，（加）沃伦·G.安德森
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2024-03
• 版次 1
• ISBN 9787030780720
• 定价 138.00元
• 装帧 平装
• 开本 其他
• 页数 351页
• 字数 450千字

【内容简介】

本书是引力波领域国内外广泛使用的教材和参考书之一。本书回顾了引力波的理论基础广义相对论，介绍了引力波的传播及其物理性质，阐述了引力波的产生和波形的计算方法（包括四极矩公式、后牛顿近似、微扰法和数值相对论）。本书介绍了引力波天文学和宇宙学中的各类波源、引力波的探测原理和不同频段的探测器，以及探测器的数据分析中所涉及的数理统计学理论和方法。结束语部分展望了引力波天文学的前景及其重要意义。书中包含许多例题，以阐述正文中的特定知识点，或者补充额外的技术细节。大部分章节的末尾包含了一定量的习题以及简短的参考文献列表，以方便读者进一步加深所学内容。书末包含两个附录和一个中英文名词索引。

【目录】

目录
中文版序言
序言
例题列表
介绍
第1章 引言 1
1 1 牛顿引力中的潮汐力 1
1 2 相对论 6
第2章 广义相对论简要回顾 8
2 1 微分几何 8
2 1 1 坐标和距离 8
2 1 2 矢量 11
2 1 3 联络 12
2 1 4 测地线 20
2 1 5 曲率 21
2 1 6 测地偏离 26
2 1 7 里奇张量和爱因斯坦张量 27
2 2 弱引力场中的低速运动 28
2 3 能量-动量张量 30
2 3 1 理想流体 31
2 3 2 电磁学 33
2 4 爱因斯坦场方程 34
2 5 广义相对论的牛顿极限 35
2 5 1 线性化引力 35
2 5 2 牛顿极限 38
2 5 3 高速运动 39
2 6 习题 40
参考文献 42
第3章 引力波 43
3 1 引力波的描述 43
3 1 1 引力波的传播 49
3 2 引力波的物理性质 51
3 2 1 引力波的效应 51
3 2 2 引力波携带的能量 60
3 3 引力辐射的产生 62
3 3 1 远场和近场解 62
3 3 2 引力辐射的光度 67
3 3 3 辐射反作用 71
3 3 4 引力辐射携带的角动量 72
3 4 示范：转动的三轴椭球体 72
3 5 示范：轨道双星系统 77
3 6 习题 83
参考文献 87
第4章 超越牛顿极限 89
4 1 后牛顿理论 89
4 1 1 点粒子系统 96
4 1 2 两体后牛顿运动 102
4 1 3 双星旋近的高阶后牛顿波形 107
4 2 弯曲背景的扰动 108
4 2 1 宇宙学时空中的引力波 113
4 2 2 黑洞微扰 116
4 3 数值相对论 123
4 3 1 Arnowitt-Deser-Misner(ADM)形式 123
4 3 2 坐标选择 132
4 3 3 初始数据 134
4 3 4 引力波的提取 136
4 3 5 物质 136
4 3 6 数值方法 137
4 4 习题 137
参考文献 139
第5章 引力辐射源 141
5 1 连续引力波源 142
5 2 引力波暴的源 147
5 2 1 并合中的双星 147
5 2 2 引力坍缩 153
5 2 3 宇宙弦尖点暴 157
5 2 4 其他暴发源 158
5 3 随机引力波背景源 158
5 3 1 宇宙学背景 160
5 3 2 天体物理学背景 176
5 4 习题 179
参考文献 180
第6章 引力波探测器 182
6 1 地基激光干涉仪探测器 183
6 1 1 光学注释 186
6 1 2 法布里-珀罗腔 190
6 1 3 迈克耳孙干涉仪 194
6 1 4 功率回收 197
6 1 5 读出 199
6 1 6 初始LIGO探测器的频率响应 204
6 1 7 传感器噪声 209
6 1 8 环境噪声源 212
6 1 9 控制系统 221
6 1 10 干涉仪探测器的引力波响应 223
6 1 11 第二代地基干涉仪(及未来) 226
6 2 空基探测器 232
6 2 1 航天器追踪 232
6 2 2 LISA 233
6 2 3 十分之一赫兹实验 236
6 3 脉冲星计时实验 237
6 4 共振质量探测器 240
6 5 习题 245
参考文献 247
第7章 引力波数据分析 249
7 1 随机过程 249
7 1 1 功率谱 250
7 1 2 高斯噪声 253
7 2 很优探测统计量 255
7 2 1 贝叶斯定理 255
7 2 2 匹配滤波器 256
7 2 3 未知的匹配滤波器参数 257
7 2 4 匹配滤波器的统计性质 258
7 2 5 到达时间未知的匹配滤波器 260
7 2 6 匹配滤波器的模板库 261
7 3 参数估计 265
7 3 1 测量精度 265
7 3 2 参数估计中的系统误差 268
7 3 3 置信区间 270
7 4 建模不佳信号的探测统计量 272
7 5 非高斯噪声探测 274
7 6 引力波探测器网络 276
7 6 1 同一地点且相互平行的探测器 276
7 6 2 一般探测器网络 278
7 6 3 探测器网络的时频过剩功率法 281
7 6 4 引力波暴的空间定位 282
7 7 连续波源的数据分析方法 285
7 7 1 已知孤立脉冲星引力波的搜索 286
7 7 2 未知脉冲星引力波的全天搜索 294
7 8 引力波暴的数据分析方法 295
7 8 1 致密双星并合源的搜索 295
7 8 2 建模不佳的暴发源的搜索 309
7 9 随机源的数据分析方法 310
7 9 1 随机引力波点源 320
7 10 习题 321
参考文献 322
第8章 结束语：引力波天文学和天体物理学 324
8 1 基础物理 324
8 2 天体物理 325
参考文献 327
附录 A 引力波探测器数据 328
A 1 引力波探测器台站数据 328
A 2 理想化的初始LIGO模型 331
参考文献 334
附录B 后牛顿双星旋近波形 335
B 1 TaylorT1轨道演化 338
B 2 TaylorT2轨道演化 338
B 3 TaylorT3轨道演化 339
B 4 TaylorT4轨道演化 340
B 5 TaylorF2稳相 341
参考文献 341
索引 342
译后记 349