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我院教师 在引力偏角的计算研究中取得成果
作者:    时间:2018-07-27 浏览次数:

  

近期,我院教师徐琛梅和杨亦松合作,对出现在量子引力理论中的高阶和无限阶引力理论的引力偏角问题,给出了精确而完善的计算方法,并将该研究成果以论文形式在美国物理学会主办的《数学物理杂志》上发表。

众所周知,光束受引力的作用时,其运行轨迹会发生弯曲而产生一个偏转角,简称偏角 (见附图)。早在1915年,当爱因斯坦首次提出广义相对论时,为验证其理论的正确性,他建议用水星近日点的百年反常进动、光束的引力弯曲、光谱的引力红移等三个著名的实验来检验。其中,历年来被反复验证和最富戏剧性的,是爱因斯坦的计算所预言的偏角,整整是经典的牛顿引力理论所给出的偏角的两倍。

在现代理论物理的发展中,为了解决广义相对论所面临的困难和悖论,如统一场论和重整化、时空奇性、发散问题、宇宙膨胀和暗能量、负概率粒子的存在性等,从魏尔(Weyl)的著名工作开始,人们在改进和推广爱因斯坦的理论方面付出了大量努力,并在很多问题上获得了丰富的新认识和新进展。一方面,验证这些新的引力理论成为人们亟待解决的问题,爱因斯坦建议的三个实验检验很快就理当所然地成为人们的首选;另一方面,推广形式的引力理论在数学结构上更为复杂,特别是光子在新的广义引力理论框架下的运行轨迹,遵循高度复杂的非线性微分方程组。这个情况,给引力偏角的精确计算带来了困难和挑战。

最近,徐琛梅和杨亦松通过研究,针对引力偏角问题,给出了精确而完善的计算方法,提供了一种整体单调收敛的迭代格式:无论初值如何,算法都快速收敛到问题的唯一解,此即高阶和无限阶引力理论所预言的引力偏角。根据该研究理论结果,他们确定出新的引力偏角永远不会超过爱因斯坦的偏角,并获得描述新偏角对光子能量和其它重要物理参数的依赖关系。

此研究成果在《数学物理杂志》上发表(“Determination of Angle of Light Deflection in Higher-Derivative Gravity Theories”,Journal of Mathematical Physics 59 (2018) 032501),为在其它推广的引力理论中出现的更为复杂的引力偏角的计算问题提供了新方法和新思路。

远处恒星发出的光束在太阳附近受引力场作用下产生弯曲, 以致于地球上的观察者所看到的恒星位置偏离恒星的真实位置。 图中实线和虚线间的夹角即为引力偏角(图像取自互联网)。