引力法拉第旋转及实验检测

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当一个物体(尤其是大质量物体)旋转的时候,会引起它周围时空的扭曲,这在形式上类比于电动力学的磁现象,被叫做引力磁场效应,其中一个最有名的引力磁场效应是Lense- Thirring 进动,它是Einstein广义相对论的一个重要预言。到现在为止还没有高精度的直接验证引力磁场效应的实验,现在正在进行的空间实验“GP-B”, 它是通过测定旋转陀螺仪的进动来直接观察时空结构的拖曳效应,即Lense-Thirring 进动。 引力磁场的另一个效应是引力Faraday效应,即当光线经过引力磁场时,线偏振光的偏振面会自动发生偏转,偏转的角度是,这个相对论的效应,由于它非常微弱,到现在为止也没有实验来验证。 本文通过计算和分析给出了引力Faraday旋转是累积的效应,即当线偏振光的传播方向反转时,偏振面转过的角度是累加的。并计算了在地球表面线偏振光沿着地球自转轴方向传播时偏振面转过的角度,给出了在纬度为45°的位置,光线的传播路径是109 m时,偏振面转过的角度 rad。由于这个效应很微弱,要精确地检测一个小信号,常用调制的方法。由此我们提出了在地面实验室检测引力Faraday效应的实验方案,其中考虑了由于地球自转引起的Sagnac效应对引力Faraday效应的影响,并给出了消除Sagnac效应的方法。最后分析了实际的实验中可能遇到的问题,并给出解决问题的方法。
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