引力波物理學(xué)與天文學(xué)：理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析的介紹
定 價(jià)：138 元
叢書名：21世紀(jì)理論物理及其交叉學(xué)科叢書
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- 作者：
- 出版時(shí)間：2024/3/1
- ISBN：9787030780720
- 出 版 社：科學(xué)出版社
本書是引力波領(lǐng)域國內(nèi)外廣泛使用的教材和參考書之一。本書回顧了引力波的理論基礎(chǔ)廣義相對論，介紹了引力波的傳播及其物理性質(zhì)，闡述了引力波的產(chǎn)生和波形的計(jì)算方法（包括四極矩公式、后牛頓近似、微擾法和數(shù)值相對論）。本書介紹了引力波天文學(xué)和宇宙學(xué)中的各類波源、引力波的探測原理和不同頻段的探測器，以及探測器的數(shù)據(jù)分析中所涉及的數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和方法。結(jié)束語部分展望了引力波天文學(xué)的前景及其重要意義。書中包含許多例題，以闡述正文中的特定知識點(diǎn)，或者補(bǔ)充額外的技術(shù)細(xì)節(jié)。大部分章節(jié)的末尾包含了一定量的習(xí)題以及簡短的參考文獻(xiàn)列表，以方便讀者進(jìn)一步加深所學(xué)內(nèi)容。書末包含兩個(gè)附錄和一個(gè)中英文名詞索引。
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University of Texas at Brownsville博士后
目錄
中文版序言
序言
例題列表
介紹
第1章 引言 1
1 1 牛頓引力中的潮汐力 1
1 2 相對論 6
第2章 廣義相對論簡要回顧 8
2 1 微分幾何 8
2 1 1 坐標(biāo)和距離 8
2 1 2 矢量 11
2 1 3 聯(lián)絡(luò) 12
2 1 4 測地線 20
2 1 5 曲率 21
2 1 6 測地偏離 26
2 1 7 里奇張量和愛因斯坦張量 27
2 2 弱引力場中的低速運(yùn)動 28
2 3 能量-動量張量 30
2 3 1 理想流體 31
2 3 2 電磁學(xué) 33
2 4 愛因斯坦場方程 34
2 5 廣義相對論的牛頓極限 35
2 5 1 線性化引力 35
2 5 2 牛頓極限 38
2 5 3 高速運(yùn)動 39
2 6 習(xí)題 40
參考文獻(xiàn) 42
第3章 引力波 43
3 1 引力波的描述 43
3 1 1 引力波的傳播 49
3 2 引力波的物理性質(zhì) 51
3 2 1 引力波的效應(yīng) 51
3 2 2 引力波攜帶的能量 60
3 3 引力輻射的產(chǎn)生 62
3 3 1 遠(yuǎn)場和近場解 62
3 3 2 引力輻射的光度 67
3 3 3 輻射反作用 71
3 3 4 引力輻射攜帶的角動量 72
3 4 示范：轉(zhuǎn)動的三軸橢球體 72
3 5 示范：軌道雙星系統(tǒng) 77
3 6 習(xí)題 83
參考文獻(xiàn) 87
第4章 超越牛頓極限 89
4 1 后牛頓理論 89
4 1 1 點(diǎn)粒子系統(tǒng) 96
4 1 2 兩體后牛頓運(yùn)動 102
4 1 3 雙星旋近的高階后牛頓波形 107
4 2 彎曲背景的擾動 108
4 2 1 宇宙學(xué)時(shí)空中的引力波 113
4 2 2 黑洞微擾 116
4 3 數(shù)值相對論 123
4 3 1 Arnowitt-Deser-Misner(ADM)形式 123
4 3 2 坐標(biāo)選擇 132
4 3 3 初始數(shù)據(jù) 134
4 3 4 引力波的提取 136
4 3 5 物質(zhì) 136
4 3 6 數(shù)值方法 137
4 4 習(xí)題 137
參考文獻(xiàn) 139
第5章 引力輻射源 141
5 1 連續(xù)引力波源 142
5 2 引力波暴的源 147
5 2 1 并合中的雙星 147
5 2 2 引力坍縮 153
5 2 3 宇宙弦尖點(diǎn)暴 157
5 2 4 其他暴發(fā)源 158
5 3 隨機(jī)引力波背景源 158
5 3 1 宇宙學(xué)背景 160
5 3 2 天體物理學(xué)背景 176
5 4 習(xí)題 179
參考文獻(xiàn) 180
第6章 引力波探測器 182
6 1 地基激光干涉儀探測器 183
6 1 1 光學(xué)注釋 186
6 1 2 法布里-珀羅腔 190
6 1 3 邁克耳孫干涉儀 194
6 1 4 功率回收 197
6 1 5 讀出 199
6 1 6 初始LIGO探測器的頻率響應(yīng) 204
6 1 7 傳感器噪聲 209
6 1 8 環(huán)境噪聲源 212
6 1 9 控制系統(tǒng) 221
6 1 10 干涉儀探測器的引力波響應(yīng) 223
6 1 11 第二代地基干涉儀(及未來) 226
6 2 空基探測器 232
6 2 1 航天器追蹤 232
6 2 2 LISA 233
6 2 3 十分之一赫茲實(shí)驗(yàn) 236
6 3 脈沖星計(jì)時(shí)實(shí)驗(yàn) 237
6 4 共振質(zhì)量探測器 240
6 5 習(xí)題 245
參考文獻(xiàn) 247
第7章 引力波數(shù)據(jù)分析 249
7 1 隨機(jī)過程 249
7 1 1 功率譜 250
7 1 2 高斯噪聲 253
7 2 最優(yōu)探測統(tǒng)計(jì)量 255
7 2 1 貝葉斯定理 255
7 2 2 匹配濾波器 256
7 2 3 未知的匹配濾波器參數(shù) 257
7 2 4 匹配濾波器的統(tǒng)計(jì)性質(zhì) 258
7 2 5 到達(dá)時(shí)間未知的匹配濾波器 260
7 2 6 匹配濾波器的模板庫 261
7 3 參數(shù)估計(jì) 265
7 3 1 測量精度 265
7 3 2 參數(shù)估計(jì)中的系統(tǒng)誤差 268
7 3 3 置信區(qū)間 270
7 4 建模不佳信號的探測統(tǒng)計(jì)量 272
7 5 非高斯噪聲探測 274
7 6 引力波探測器網(wǎng)絡(luò) 276
7 6 1 同一地點(diǎn)且相互平行的探測器 276
7 6 2 一般探測器網(wǎng)絡(luò) 278
7 6 3 探測器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)頻過剩功率法 281
7 6 4 引力波暴的空間定位 282
7 7 連續(xù)波源的數(shù)據(jù)分析方法 285
7 7 1 已知孤立脈沖星引力波的搜索 286
7 7 2 未知脈沖星引力波的全天搜索 294
7 8 引力波暴的數(shù)據(jù)分析方法 295
7 8 1 致密雙星并合源的搜索 295
7 8 2 建模不佳的暴發(fā)源的搜索 309
7 9 隨機(jī)源的數(shù)據(jù)分析方法 310
7 9 1 隨機(jī)引力波點(diǎn)源 320
7 10 習(xí)題 321
參考文獻(xiàn) 322
第8章 結(jié)束語：引力波天文學(xué)和天體物理學(xué) 324
8 1 基礎(chǔ)物理 324
8 2 天體物理 325
參考文獻(xiàn) 327
附錄 A 引力波探測器數(shù)據(jù) 328
A 1 引力波探測器臺站數(shù)據(jù) 328
A 2 理想化的初始LIGO模型 331
參考文獻(xiàn) 334
附錄B 后牛頓雙星旋近波形 335
B 1 TaylorT1軌道演化 338
B 2 TaylorT2軌道演化 338
B 3 TaylorT3軌道演化 339
B 4 TaylorT4軌道演化 340
B 5 TaylorF2穩(wěn)相 341
參考文獻(xiàn) 341
索引 342
譯后記 349
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