论文部分内容阅读
自然界有四种基本相互作用,分别为电磁相互作用,引力相互作用,强相互作用,以及弱相互作用。其中电磁力与引力属于长程力,也就是说这二者在宏观世界作用明显。人们通过对电磁作用的探索与研究,发现可以利用电磁波作为媒介传递信息,以此来进行长距离通信。电磁波能够穿越真空传播,因此目前电磁波是唯一一种能够穿越真空进行编码通信的载体。如果能够实现利用同样为长程力的引力来进行编码通信,那么就为人类找到了第二种可以穿越真空传递信息的载体。这无论是在基础理论还是实践应用方面都具有重大的意义。研究引力作用的理论主要是牛顿的万有引力理论与爱因斯坦的广义相对论。后者比前者更为精确。广义相对论从几何学的角度来研究引力,把引力描述为时空本身的弯曲。这是具有里程碑意义的。因而相对论成为了现代物理学的两大基石之一。广义相对论预言了引力波的存在。1993年诺贝尔物理学奖获得者赫尔斯和小约瑟夫泰勒通过对一种新型脉冲星的的观测和研究,间接证明了引力波的存在。不过引力波至今仍未被直接探测到。但是引力场是能够传递信息的。本文提出一种基于该实验的用交变引力场实现编码通信的实验设计。其实验原理是用做往返周期运动的大质量球M作为信源,用卡文迪许扭秤上的小质量球作为信宿,信源的往返周期运动就会产生交变引力场,就会使得信宿端的小质量球以相同频率运动。若在信源处用频率调制的方法将0,1码调制到不同的频率上面,然后在信宿端通过光电信号的检测,便可以实现两点之间的通信了。本实验是可实现的,因为与引力波产生的空间畸变相比,交变引力场使得信宿端产生的运动效应要大得多,能够为现有的仪器和测量手段所测得。本文给出了具体的实验实现方法,各种数据的理论计算,以及采集系统中的上位机编程等等。本文还给出了一种测量引力传播速度的可行性实验方案。该实验的原理是利用了卡文迪许实验装置的原理,通过将万吨级油轮作为信源作往返运动,信源的引力作用通过交变引力场到达两个卡文迪许扭秤的时间是不同的,用激光干涉法测量两个卡文迪许扭秤运动之间的相位差,并计算出时间差,通过已知的两个卡文迪许扭秤之间的距离,最后即可算出交变引力场的传播速度。引力场与电磁场相比是非常弱的,但自然界的物体一般都呈现电中性,因此物体之间引力作用占主导,尤其是在恒星和行星这些大质量的星体之间。通过对引力场规律的探索和研究,我们可以了解天体间的运行规律。引力场无法被屏蔽,衰减也小,因此也可以通过探测遥远巨大星体发射的引力波来得到这些星体的许多信息。本文所提出的实验只是从原理上验证通过引力场传递信息是可实现的,但也是具有一定的理论和实践意义的。