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莱戈实验无法利用激光迈克尔逊干涉仪的干涉探测引力波
—当引力时,光的波长和速度同时发生变化存在的波使探测引力波无法实现莱戈实验
Xiaochun Mei1, Zhixun Huang2, Policarpo Yōshin Ulianov3, Ping Yu4
福州福州创新物理研究
中国2communication大学,北京,中国
巴西tecnologialtda , florianoacute;城邦,巴西
美国加州洛杉矶4cognitech计算技术学院
摘要：
基于广义相对论,证明了迈克尔逊干涉仪在莱戈实验中忽略了两个重要因素,从而导致致命错误。一种是引力波改变了光波长。另一种是,当引力波存在时,光的速度不是常数。根据广义相对论,引力波影响空间距离,同时也影响光的波长。考虑到这一事实,当引力波通过迈克尔逊干涉仪时,激光的相位差保持不变。此外,当存在引力波时,度量空间的一部分变化,但度量的时间部分不变。这样,光的速度不是常数。在莱戈实验中使用时间差计算方法时,干涉条纹的相移量仍然为零。因此,莱戈实验的设计原则是错误的。用迈克尔逊干涉仪探测引力波是不可能的。由于光速不是常数,莱戈实验的信号就会变得不匹配。这意味着这些信号实际上是噪音,是由于偶然的原因造成的,没有发现引力波。事实上,在物理学史上,迈克尔逊和莫利试图利用迈克尔逊干涉仪找到地球的绝对运动,但最终失败了。莱戈实验的基本原理与迈克耳逊实验的基本原理相同,即光源相位不变。只有零结果才能得到,因此莱戈实验注定无法找到引力波。
关键词：
引力波、莱戈实验、广义相对论、狭义相对论,
迈克尔逊干涉仪,迈克耳逊实验,gw150914 , wg151226
- 介绍：
2016年 2月 11日 ,莱戈(激光干涉引力波天文台)宣布检测引力波事件gw150914 [ 1 ]。四个月后,他们宣布发现另两个重力事件wg151226和lvt151012[ 2 ]。在莱戈实验中,使用了迈克尔逊激光干涉仪。基于广义相对论,我们严格证明了用迈克尔逊干涉仪,莱戈无法探测引力波。liogo实验的基本原理是错误的。所谓的引力波探测和二值黑洞合并的观测是不可能的.
莱戈实验的设计原理如下。根据广义相对论,重力波拉伸和压缩空间改变干涉仪的臂长度。当沿着垂直相交的两条臂行进时,干涉条纹的形状会发生变化。基于这种相移,可以观察到引力波。
经典光学中干涉条纹相移的计算方法有两种。一个是计算两个光的相位差,另一个是计算两个灯到达屏幕时的时间差。在莱戈实验中,使用了两个实验。但计算是基于一个先决条件,i.e。,光速是一个常数。
众所周知,光的相位与其波长有关.空间的拉伸和挤压也会导致光的波长和相位的变化。然而,标志实验忽略了引力波对光波长的影响。如果同时考虑引力波对光波波长和干涉仪臂长度的影响,迈克尔逊干涉仪中的光相位不变。因此,莱戈实验无法检测引力波。
另一方面,光的速度被认为是莱戈实验中的常数。事实证明,当引力波存在时,光的速度不再是常数。如果光的速度小于真空中的速度,当它沿着干涉仪的一个臂运行时,它的速度将比它在沿着另一个臂时的真空速度快,i.e。这就是所谓的超光速运动。这样,当两盏灯在迈克尔逊干涉仪中相遇时,就不存在时间差异。因此,根据第二种计算方法,莱戈实验也没有发现重力波。
本文简要讨论了莱戈实验中存在的其他原理问题。结论是,莱戈实验不检测引力波,没有观测到二值黑洞合并。莱戈实验中出现的信号只能是偶然产生的噪声。
- 莱戈实验中光相位差不变
根据广义相对论,在弱场条件下,度量张量为
（1）
这里是平坦时空的度量,是一个小的量.在爱因斯坦的引力场方程中,可以证明引力辐射的模态是四极矩。在一个小区域,我们可以假设
当重力波沿x轴传播时,引力场强度为 .当其沿y轴传播时,强度为 .可以证明它具有关系 [ 3 ]。
另一方面,根据广义相对论,我们对光的运动有。假设引力波沿着z轴传播,当光沿着x轴和y轴传播时,我们有[4 ] （2）
（3）
显然,时间是平坦的,但空间是根据(2 )和( 3 )弯曲的。当引力波存在时,光的传播形式发生了变化。由于,和，我们有 （4）
(5)
莱戈实验使用迈克尔逊干涉仪探测引力波。迈克尔逊干涉仪的原理如图1所示。
图1.迈克尔逊干涉仪的原理。
从源s发射光并通过分束器O光1分成两束,光1穿过O,到达反射器,并反射和O,然后到达E.光2 ,通过O,到达,反射,然后到达E。两个灯覆盖和形成干涉条纹,可以通过在E观察到.
为了清楚地揭示莱戈实验的问题,我们讨论最简单的情况。假设干涉仪臂的长度为, 。当光沿着手臂运动时,时间间隔为。( 4 )和( 5 )的积分是 (6)
这里是。因此光程差为,光沿两个干涉仪的臂运动。假设激光器的电场是 (7)
这里,,和。根据经典光学,加入直接和采取两幅振幅,我们得到了与时间无关的光强度。 (8)
相位的不同是 (9)
如果没有引力波,我们,得到Delta;delta;= 0。如果有一个通过干涉仪的引力波,根据电流理论,相位的差别是 (10)
因此,引力波会引起干涉条纹的相位变化。通过观察变化,引力波将被探测到.
然而,上述计算存在严重缺陷。首先,严格按照广义相对论,公式(1 )和( 2 )仅适用于真空中没有电磁相互作用的两个粒子。正如我们所知,电磁相互作用的强度是重力作用的1040倍。因此,引力波无法克服电磁力改变干涉仪的目标长度或通过克服光纤材料上的施泰因使两个反射镜振动。这就是为什么延克的引力波实验失败的原因。这是莱戈实验的关键缺陷。我们在文件[5 ]中讨论了这个问题,所以我们不再讨论它。
第二,本文的重点是强调重力波对光波波长的影响尚未在莱戈实验中得到考虑。事实上,如果引力波引起空间距离的变化,它也会导致光波长的变化。两者都是同步的。根据(6 ) ,当重力波存在,光的波长应该成为
(11)
当两盏灯相会时,相位的不同应该是
(12)
因此,干涉条纹不变。也就是说,用迈克尔逊干涉仪探测引力波是不可能的。如果,我们把它写成 (13)
这里,Omega;是引力波的频率。( 13 )在( 5 )和( 6 )中,积分变成
(14)
(15)
这里， （16）
结果与(6 )相同,以a代替h。
在莱戈实验中,假定引力波的速度为光速,引力波频率为,波长为 干涉仪臂的长度为,所以我们有。在干涉仪的尺寸范围内,引力波的波长可以被认为是一个固定的值。公式(11 )仍然适用于h ,因此,即使( 13 )用于描述重力波,莱戈实验也不能探测到引力波。
3、当引力波存在时,光的速度不是常数。
根据(4 )和( 5 ) ,我们可以得出一个重要的结论,即.e。当引力波存在时,光的速度不是一个常数。 （17）
这一结果也对莱戈实验产生了很大的影响。电流理论总是认为光速是引力场中的常数。参考文献[4 ] , ( 17 )意味着由于引力波的存在,空间折射率从变为1。在这个介质空间中,光的速度发生了变化。更有趣的是,如果,我们有和。也就是说,在真空中超过光速。我们如何解释这个结果?目前没有人考虑这个问题。
参考文献[4 ]也表明,对于高斯光束,空间时间间隔不等于零。在引力波激光探测器中,使用高斯光束。这些灯是否存在于弯曲的时空?' [ 4 ]。根据严格计算,当重力波存在时,高斯光束的传播速度为 （18）
这里,是高斯光束的光斑大小, k是波矢量的绝对值, z是光束的坐标。这些结果将对莱戈实验的波形匹配产生很大的影响。当与波形模板进行比较时,原始匹配信号将会失配。应重新考虑探测引力波的结论。
事实上,莱戈团队也承认重力波改变了光的波长。在莱戈的FAQ页面(https : / )中,我们可以看到以下问题:“如果一个引力波延伸了莱戈反射镜之间的距离,它不也延伸了激光波长?'莱戈团队的答案是: '引力波可以拉伸和挤压手臂中的光的波长.但是,由于臂长度和光波长之间的差异,干涉图样不会出现。相反,它是由光波的“波峰和波谷”的到达时间与在另一条臂上行驶的光到达时间的不同引起的。为了得到这些工作原理,还必须知道引力波不会改变光速。
答案很混乱,表明他们意识到了这个问题,但却试图逃避问题。然后他们说,“但是,由于臂长度和光波长之间的差异,干涉图样不会出现。”这个句子没有意义。在上述解释中,我们看到了“相反,它是由光波的波峰的到达时间不同造成的。从一臂的低谷到另一只手臂的到达时间。手臂为了得到这些工作原理,还必须知道引力波不会改变光速。'
在这个句子中,莱戈强调重力波不会改变光的速度。这是莱戈实验的基础。由于这一结论站不住脚,莱戈的解释站不住脚。
对于许多物理学家来说,光的速度是否是引力场常数是一个难解的问题。为了测量速度,我们首先需要有单位尺和单位时钟。根据广义相对论,引力场引起时空弯曲.在引力场中,我们对尺子和时钟有太多的定义,i.e。,协调尺和协调,以及标准尺和标准时钟(或适当的尺和时钟)。在重力场的某个点上固定坐标系和坐标钟。它们随重力场的强度而变化。标准尺和标准时钟固定在无引力场的局部坐标系上。在局部坐标系中,取消了引力,使标准尺和标准时钟不变。
证明了如果与时间有关的度量张量不等于零,,不管使用了什么尺子和时钟,光的速度不是常数。如果 ,使用坐标轴和坐标时,光的速度不是常数。使用标准尺和标准时钟,光的速度成为常数。但是在这种情况下,观测者也位于重力场中自由下落的坐标系[3 ]。
在莱戈实验中,观测者位于由引力波引起的引力场,而不是在引力场中自由落体,所以他们使用的是坐标标尺和坐标钟。因此,光在莱戈实验中的光速不是常数。事实上,根据(2 ) ,度量的时间部分是平坦的,空间部分是弯曲的,所以速度1 d = x t不是常数。
根据这个定义,通过使用坐标尺和坐标钟,在引力场中的光速通常不是真空中的速度。例如,根据R=1度量,在宇宙学的引力场中,光的速度是 ,在宇宙学的引力场中, 。但是在宇宙早期,随着Rlt;1 ,光的速度比在真空中的速度大。因此,如果引力波存在,光的速度可能大于在真空中的速度,这并不奇怪。
4 .不能用计算方法求得相移。莱戈实验的时间差
在经典光学中,利用时间的差异来计算干涉条纹的变化。然而,它有一个先决条件,即:,光速是一个常数。莱戈实验利用时间差异计算干涉图像的变化[6 ]。由于在引力波存在时,光的速度不是常数,我们证明了利用时间差来计算干涉条纹的变化是不可能的。考虑干涉仪的臂的长度变化,光的速度也同步变化,所以光沿着手臂传播的时间也不变。
由于光的频率为 ,当引力波存在时,如果光的速度不变,但波长变化,频率omega;将改变。在这种情况下,( 7 )应作为
（19）
当两个灯重叠时,我们不能得到(8 )。结果与时间有关,变得非常复杂。如果光的速度不是常数,根据(6 )和( 11 ) ,我们有 （20）
在这种情况下,光的频率不变,公式(8 )仍然成立。因此,当存在引力波时,我们应该认为光在介质中运动。光的频率不变,但其速度和波长变化。只有这样,我们才能达到物理和逻辑的一致性。事实上,( 20 )在古典物理学中是很好的.如[7 ]中所述,在静止介质中,波的速度变化,但频率不变化,因此波长也发生变化。
从(7 )我们知道,光的相位由两个因子和kx决定。根据以上讨论,是一个恒量。因为, T是与t同步变化的光周期。我们总是有。由于引力波不影响时间t,光的相位在莱戈实验中也不变。
5 .第三种计算方法中存在的问题 光的变化
通过考虑引力场与电磁场之间的相互作用,或通过求解由引力波引起的弯曲空间中的麦克斯韦方程组,来计算莱戈实验中光的相位偏移。这种方法也存在许多问题。下面简要讨论这些问题。
在这种计算中,干涉仪的两个臂位于x轴和y轴。如果没有引力波,电场的振动方向是沿着x轴传播的光的y轴(电磁波是横波) ,我们有
（21）
这里,a是反射镜的坐标, 本土知识是电磁张量。磁场的形式是一样的,所以我们不把它写在这里。当光沿着y轴传播时,电场的振动沿x轴方向发展。
（22）
同时,重力波沿z轴传播。 （23）
当引力波存在时,电磁张量变成 (24)
这里,是由引力场感应的少量电磁场。用(24 )在弯曲时空电磁场方程中,方程满意为[ 9 ] :
通过求解(25 )和( 26 ) ,可以得到的具体形式,并可以确定由引力波引起的相移。两臂的相移是[8 ] （27）
两臂之间的总相移为。然而,通过仔细分析,我们发现了这个计算中存在的问题 1 )该方法还基于光速不变前提条件。如上所述,这是不可能的。
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