絕對重力儀中相對論效應(yīng)的研究.pdf

1、當(dāng)?shù)刂亓铀俣冉^對值的測量通常是利用絕對重力儀來實(shí)現(xiàn)，其精確度不僅取決于對各種實(shí)驗(yàn)條件的控制，也取決于聯(lián)系絕對重力儀測量結(jié)果與重力加速度的理論模型的精度。隨著重力測量技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)條件的不斷優(yōu)化，越來越小的效應(yīng)能夠被絕對重力儀分辨出，因此建立一個(gè)同等精度甚至更高精度的理論模型至關(guān)重要。目前，絕對重力儀理論模型在狹義相對論層面上的研究重點(diǎn)聚焦于較大的有限光速效應(yīng)，然而不同研究小組給出的結(jié)論不盡相同，在學(xué)術(shù)界引起了激烈的爭論。同時(shí)在廣義相

2、對論層面上發(fā)展絕對重力儀理論模型的工作較少，且給出的結(jié)果具有一定的研究局限性。因此，為絕對重力儀建立完善的相對論的理論模型具有重要的科學(xué)意義，不僅有助于解決有限光速效應(yīng)的爭論問題、提高絕對重力儀的測量精度，而且可以為原子干涉儀探測引力波等檢驗(yàn)廣義相對論效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。
　　本文主要研究自由下落式角錐型絕對重力儀和原子干涉重力儀中的相對論效應(yīng)。研究內(nèi)容包括：(1)結(jié)合自由下落式角錐型絕對重力儀的工作原理、四維時(shí)空圖及相對論的

3、測量理論，運(yùn)用“相對論的幾何”的研究方法對此種重力儀中存在爭論的有限光速效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，為該爭論的解決提供一種理論參考；(2)進(jìn)一步擴(kuò)展“相對論的幾何”研究方法，分析了自由下落式角錐型絕對重力儀中的相對論效應(yīng)，重點(diǎn)研究了之前未被完整考慮的與裝置相關(guān)的相對論效應(yīng)，為自由下落式角錐型絕對重力儀發(fā)展了比較完善的相對論的理論模型；(3)結(jié)合原子干涉重力儀的工作原理及四維時(shí)空圖，合理地對參考系進(jìn)行坐標(biāo)變換從而簡化了計(jì)算過程，進(jìn)而對其中同樣存

4、在爭論的有限光速效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，給出了該效應(yīng)的完整表達(dá)式。最終發(fā)現(xiàn)，對于原子干涉重力儀中的有限光速效應(yīng)，目前的研究均忽略了一項(xiàng)較大的修正項(xiàng)。此部分的分析對儀器測量誤差的評估起到了重要的指導(dǎo)作用。(4)進(jìn)一步將計(jì)算延展到廣義相對論層面，并引入地球自轉(zhuǎn)、重力梯度、引力勢等相關(guān)效應(yīng)，為原子干涉重力儀建立完善的相對論的理論模型。此模型具有普適性，適用于研究原子在三維空間的運(yùn)動情況，為原子干涉儀檢驗(yàn)廣義相對論效應(yīng)方案的探究提供了一定的理論支撐

5、。
　　選用典型的實(shí)驗(yàn)參量值對絕對重力儀中的各種相對論效應(yīng)進(jìn)行量級評估，發(fā)現(xiàn)：根據(jù)目前絕對重力儀的測量精度，除了較大的有限光速效應(yīng)能夠被探測到外，其他的相對論的效應(yīng)如橫向多普勒效應(yīng)、引力紅移效應(yīng)以及與地球自轉(zhuǎn)相關(guān)的相對論效應(yīng)均較小，在目前的重力測量中暫時(shí)不需要考慮。隨著未來重力測量技術(shù)的發(fā)展，自由下落式角錐型絕對重力儀中處于10-3μGal水平的橫向多普勒效應(yīng)及原子干涉重力儀中與地球自轉(zhuǎn)相關(guān)的處于10-3μGal水平的相對論效應(yīng)均