"海森堡矩阵 看不到“定态”的能量，只能看到的是二个定态之间的能量差 "
http://www.zhihu.com/question/20962109
假如我们把一个三维的有界闭区间看作一个系统，这个系统中存在着磁场，而“我”本身是块磁铁，如果我进入到这个系统中，这个系统中的磁场肯定是原有磁场和“我”所产生磁场作矢量叠加后的效果。也就是说由于“我”的存在，系统的磁场变化了。
而“我”受的力，则应该具体问题具体分析，如果说“我”本身又是一个小系统，把“我”作为一个整体来看待，那么“我”受的力应该是没有我时，外界磁场对我作用后所产生的力；如果说研究“我”这个系统内部的子系统或者是“我”这个系统内部一个或多个质点之间的受力关系，则应该考虑现在矢量叠加后的磁场所作用产生效果。
引力的传播速度是光速吗？
如果是，那光都逃不出黑洞，引力是怎么逃出来的？
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21 个回答
这个问题很有趣也很基本。可简单回答：在弱场背景下的引力波是按光速传播的。
【一】
「弱场」，即场强很弱的场。
比如太阳系的引力场就是弱场，因为引力很弱；黑洞周围的引力场就是强场，因为引力很强。于是太阳系里引力的传播，就被称为弱场背景下的传播。而黑洞周围引力的传播，就不适用弱场的分析。
（关于引力场，或者更一般地相互作用为何用「场」来描述，可参考这个回答：如何让普通人理解物理学中「场」的本质？）
【二】
牛顿的万有引力公式不显含时间，所以牛顿引力是瞬间完成的，是一种「超距作用」。对此牛顿无法解释，故他从未对引力的起因提出过任何假设。
在这一点上，万有引力定律和静电场的库仑定律很相似，都是表明一个「源」怎样产生一个「场」。给定一个「源」——质量或者电荷，就在周围的空间瞬间产生一个场——牛顿引力场或者静电场。而一旦「源」消失，周围的场也瞬间消失。牛顿引力场和静电场都不能脱离源而存在。
在麦克斯韦之前，人们并不知道电场或者磁场是如何传播的。但库仑定律并不是电磁场的全部。于是等到麦克斯韦将库仑定律（对应高斯定律）、法拉第电磁感应定律、推广的安培定律等结合起来，得到了一个波动方程，人们才知道，电场和磁场都是以「波」的形式传播的，而且速度就是光速；最重要的是，电磁波可以脱离「源」而存在，而自由传播。
【三】
同样的事情发生在引力身上。
牛顿引力是关于「引力势」——一个标量场——的理论。而就像静电势是一个标量场，却不是电磁场的全部一样，标量的牛顿引力势也不是引力场的全部。
这一点直到牛顿之后三百年，才被爱因斯坦发现。
在爱因斯坦的广义相对论中，引力被一个张量场描述。一个物理的引力场有六个自由度：两个标量自由度，两个矢量自由度，两个张量自由度。而牛顿引力势，只相当于两个标量自由度中的一个。
更细致的研究发现，在这六个自由度中，只有两个张量自由度才能自由传播——即满足无源的波动方程，且传播速度在弱场背景下正是光速。这两个张量自由度被称为「引力波」。而另外的标量、矢量自由度，不能脱离「源」而存在。这里的「源」，可以是「质量」，也可是张量自由度即引力波本身。
在真空中（比如地球太阳之间可近似为真空）不可能有产生引力场的「源」。于是在这其中唯一可以传播的，只有引力波。打个比方，引力波是汽车，真正在跑的只有引力波，而标量（牛顿引力势）、矢量自由度都是坐在引力波这个汽车上跟着动。
矢量自由度类似于流体中的「剪切」。矢量模式是一直存在的，因为引力波也可以作为矢量模式的「源」，但这时候产生的矢量模式是非常弱的。通常的物质以产生标量模式（引力势）为主，这也是我们对引力场的直观感受。
若想产生可观的矢量模式，需要有特殊的物质形式作为「源」。通常在引力研究中，作为「源」的物质常被模拟成流体，产生矢量模式就需要「非理想流体」的物质运动。比如旋转黑洞、宇宙弦（cosmic strings）、星系磁场就会产生可观的引力的矢量模式。天文上对星系分布的观测，也能间接探测宇宙尺度上矢量模式的引力场的存在。
嗯 可以认为大质量物体是高山，翻过山最短路径未必是真正爬上去，通常是沿着一个等高线。
【四】
回到引力如何传播的问题。
以地球如何感受太阳引力为例。一个更确切的图像是：太阳产生引力波，以光速传播到地球所在的位置；引力波传播的同时，也携带的另外四个自由度一起传播；最终在地球所在的位置产生完整的引力场（六个自由度），然后地球感受到这个引力场——当然，也包括牛顿引力势。
所以，即便太阳有一天突然消失了，我们也只是在8分钟后才看到天黑了；同样，在8分钟后才感觉地球突然被甩了出去。
麦克斯韦在1865年得到电磁波动方程，12年后赫兹证实电磁波的存在。遗憾的是，广义相对论诞生100年之后的今天，仍然没有直接探测到引力波。
目前测量引力传播速度的实验，通常是观测太阳、地球、月亮系统的重力变化，实际上只是观测牛顿引力势的作用时间。当然，因为牛顿引力势总是坐在在引力波这辆跑车上，所以也算是间接测量了引力真正的传播速度。
最后：最新的测定引力传播速度是光速的实验，是中国科学家作出的：
Observational evidences for the speed of the gravity based on the Earth tide 显示全部
【一】
「弱场」，即场强很弱的场。
比如太阳系的引力场就是弱场，因为引力很弱；黑洞周围的引力场就是强场，因为引力很强。于是太阳系里引力的传播，就被称为弱场背景下的传播。而黑洞周围引力的传播，就不适用弱场的分析。
（关于引力场，或者更一般地相互作用为何用「场」来描述，可参考这个回答：如何让普通人理解物理学中「场」的本质？）
【二】
牛顿的万有引力公式不显含时间，所以牛顿引力是瞬间完成的，是一种「超距作用」。对此牛顿无法解释，故他从未对引力的起因提出过任何假设。
在这一点上，万有引力定律和静电场的库仑定律很相似，都是表明一个「源」怎样产生一个「场」。给定一个「源」——质量或者电荷，就在周围的空间瞬间产生一个场——牛顿引力场或者静电场。而一旦「源」消失，周围的场也瞬间消失。牛顿引力场和静电场都不能脱离源而存在。
在麦克斯韦之前，人们并不知道电场或者磁场是如何传播的。但库仑定律并不是电磁场的全部。于是等到麦克斯韦将库仑定律（对应高斯定律）、法拉第电磁感应定律、推广的安培定律等结合起来，得到了一个波动方程，人们才知道，电场和磁场都是以「波」的形式传播的，而且速度就是光速；最重要的是，电磁波可以脱离「源」而存在，而自由传播。
【三】
同样的事情发生在引力身上。
牛顿引力是关于「引力势」——一个标量场——的理论。而就像静电势是一个标量场，却不是电磁场的全部一样，标量的牛顿引力势也不是引力场的全部。
这一点直到牛顿之后三百年，才被爱因斯坦发现。
在爱因斯坦的广义相对论中，引力被一个张量场描述。一个物理的引力场有六个自由度：两个标量自由度，两个矢量自由度，两个张量自由度。而牛顿引力势，只相当于两个标量自由度中的一个。
更细致的研究发现，在这六个自由度中，只有两个张量自由度才能自由传播——即满足无源的波动方程，且传播速度在弱场背景下正是光速。这两个张量自由度被称为「引力波」。而另外的标量、矢量自由度，不能脱离「源」而存在。这里的「源」，可以是「质量」，也可是张量自由度即引力波本身。
在真空中（比如地球太阳之间可近似为真空）不可能有产生引力场的「源」。于是在这其中唯一可以传播的，只有引力波。打个比方，引力波是汽车，真正在跑的只有引力波，而标量（牛顿引力势）、矢量自由度都是坐在引力波这个汽车上跟着动。
矢量自由度类似于流体中的「剪切」。矢量模式是一直存在的，因为引力波也可以作为矢量模式的「源」，但这时候产生的矢量模式是非常弱的。通常的物质以产生标量模式（引力势）为主，这也是我们对引力场的直观感受。
若想产生可观的矢量模式，需要有特殊的物质形式作为「源」。通常在引力研究中，作为「源」的物质常被模拟成流体，产生矢量模式就需要「非理想流体」的物质运动。比如旋转黑洞、宇宙弦（cosmic strings）、星系磁场就会产生可观的引力的矢量模式。天文上对星系分布的观测，也能间接探测宇宙尺度上矢量模式的引力场的存在。
嗯 可以认为大质量物体是高山，翻过山最短路径未必是真正爬上去，通常是沿着一个等高线。
【四】
回到引力如何传播的问题。
以地球如何感受太阳引力为例。一个更确切的图像是：太阳产生引力波，以光速传播到地球所在的位置；引力波传播的同时，也携带的另外四个自由度一起传播；最终在地球所在的位置产生完整的引力场（六个自由度），然后地球感受到这个引力场——当然，也包括牛顿引力势。
所以，即便太阳有一天突然消失了，我们也只是在8分钟后才看到天黑了；同样，在8分钟后才感觉地球突然被甩了出去。
麦克斯韦在1865年得到电磁波动方程，12年后赫兹证实电磁波的存在。遗憾的是，广义相对论诞生100年之后的今天，仍然没有直接探测到引力波。
目前测量引力传播速度的实验，通常是观测太阳、地球、月亮系统的重力变化，实际上只是观测牛顿引力势的作用时间。当然，因为牛顿引力势总是坐在在引力波这辆跑车上，所以也算是间接测量了引力真正的传播速度。
最后：最新的测定引力传播速度是光速的实验，是中国科学家作出的：
Observational evidences for the speed of the gravity based on the Earth tide 显示全部
静态的引力场，只是空间中每个点的一个数值，不存在上限。黑洞事件视界处引力场强度无穷大。事件视界以内的引力场观测不到，无意义。
引力的变化产生引力波，传播速度为光速。引力波的确无法逃出黑洞。物体掉入黑洞时辐射时的引力波，源头都在事件视界以外。由于强烈的引力透镜，引力波可以绕过黑洞，传播到宇宙各个方向，而不会被黑洞本身遮住。
对于黑洞外的观测者来说，所有构成黑洞的质量，都分布在一层壳上。而黑洞外的东西掉向黑洞时会逐渐变红变淡（引力红移）、逐渐减速压扁（引力时间延迟效应）、慢慢贴在壳上，壳则随之膨胀变大。黑洞可以被观测到的一切事件，无论是霍金辐射、还是引力，源头都在这层壳的外侧。所以这层壳就叫做事件视界。
引力的变化产生引力波，传播速度为光速。引力波的确无法逃出黑洞。物体掉入黑洞时辐射时的引力波，源头都在事件视界以外。由于强烈的引力透镜，引力波可以绕过黑洞，传播到宇宙各个方向，而不会被黑洞本身遮住。
对于黑洞外的观测者来说，所有构成黑洞的质量，都分布在一层壳上。而黑洞外的东西掉向黑洞时会逐渐变红变淡（引力红移）、逐渐减速压扁（引力时间延迟效应）、慢慢贴在壳上，壳则随之膨胀变大。黑洞可以被观测到的一切事件，无论是霍金辐射、还是引力，源头都在这层壳的外侧。所以这层壳就叫做事件视界。
当前唯一能做解释的是弦理论，认为本质上所有的力是同源的，实验也在不停的验证它的正确性，当然也提出了一些挑战，不做细究。
所有的力均为闭弦，通俗的讲就是所有能发生作用的物体都是连接在一起的…
如果太阳消失，地球受到的力会同时消失，不存在作用时间问题，答案一中所谓的场充其量是一种类似以太的概念，为了解释而创造的东西，场是什么？是物质么？
所有的力均为闭弦，通俗的讲就是所有能发生作用的物体都是连接在一起的…
如果太阳消失，地球受到的力会同时消失，不存在作用时间问题，答案一中所谓的场充其量是一种类似以太的概念，为了解释而创造的东西，场是什么？是物质么？
知乎用户，一颗自由的心
收起
对这个问题最好的回答应该是，引力的传播是光速，光可以被引力束缚，导致黑洞周围测地线封闭，光线传不出来。但引力不能束缚自身，因为一旦假设引力波被束缚传不出来，引力场就会变弱，进而导致引力波被传出来，最终达到平衡状态。
知乎用户，愚蠢的地球人
收起
广义相对论中对引力的描述本来就不是一个力，爱因斯坦把引力描述成时空非平坦的表现，所以它并不是一个力。它的传播也不需要用速度来衡量。你可以假设太阳从当前位置突然消失，她消失前最后一刻发出的光需要约8min才能到达地球，而太阳突然消失，质量也为0，那么引力也要消失。如过引力传播可以用速度来衡量的话，那么在光从太阳的位置传播到地球的8min中内，是什么东西在维持原先的太阳引力。你可以参考一下时间简史
给 白慧强 点了没有帮助和反对,以表示个人对其答题态度的不满,以上,感性发泄完毕.
个人表示不能接受弦理论,即使说在尖端物理层面,弦理论能解释很多我们观察到的现象,但是正如欧式几何和非欧几何的关系,牛顿力学与相对论的关系.我更倾向于弦这样一个二维线段是一维点在空间震动的表现,即弦依然是点的一种特殊表现形态.
其次本人持能量连续理论.这里我说的能量连续,是不违背普朗克的能量不连续理论的,因为普朗克的理论是鉴于之前电子迁移的能量转换.能量不连续理论在近代进一步延伸,也是鉴于我们无法找到更小粒子的情况下,人们认为能量的最小份也只是现阶段发现的最小粒子之间相互作用放出的能量.但是如果说我们最终能发现真正意义上的"点",那么我们自然发现,能量是连续的,因为"点"是没有质量的,所以其相互作用产生的能量自然不存在最小份量.
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以上,基本世界观描述完毕,来谈论题目.
万有引力存在的前提是有一个有质量的物体.那么,根据相对论的最基本推测,如果万有引力速度超过了光速,那么这个物体在万有引力这个方向上的相对速度就超过了光速,那么它就会开始转化成能量,直到质量消失.结果:它不存在了.
当然你会说,如果它周围的万有引力处于平衡状态呢?那它不就相对静止了么?但是对于一个物体,它对周围环境的万有引力均等的情况下,它就不是一个单独的物体,而是跟它周围的环境形成了一个整体,单独讨论它的意义就消失了.
所以,如果把万有引力认为是一种物质化的存在,它的速度必然不会超过光速.而从最近本的有质量即有万有引力这个基本理论,我个人认为引力速度即为光速.
那么下面讨论的是,万有引力是一个非物质的能量性质存在.
如果认为万有引力的作用是我之前提到的"点"的相互作用,那么显然是错误的,因为"点"没有质量.所以万有引力就不是那种我个人称之为"原始能量"的能量(即"点"相互作用产生的能量),那么万有引力在靠近"世界本源"的等级上就自然掉了一级.这一掉就从我们尚不可知的脑洞里掉出来了,成为了现实存在的东西.那么现实存在中有比光速快的存在么?没有,所以引力速度小于等于光速.这时候咱们搬一个黑洞出来,就很明显发现引力和光速的对决上,能处在一个可以不败的地步,即等于甚至大于.两个集合相交,交集只有一个点,那就是引力速度等于光速.
综上,答主脑洞过大,胡思乱想的结果,如果有明显物理学漏洞,求折叠.
PS:个人觉得这是一个哲学问题甚于科学问题,当然从侧面也说明科学的终点即为哲学
个人表示不能接受弦理论,即使说在尖端物理层面,弦理论能解释很多我们观察到的现象,但是正如欧式几何和非欧几何的关系,牛顿力学与相对论的关系.我更倾向于弦这样一个二维线段是一维点在空间震动的表现,即弦依然是点的一种特殊表现形态.
其次本人持能量连续理论.这里我说的能量连续,是不违背普朗克的能量不连续理论的,因为普朗克的理论是鉴于之前电子迁移的能量转换.能量不连续理论在近代进一步延伸,也是鉴于我们无法找到更小粒子的情况下,人们认为能量的最小份也只是现阶段发现的最小粒子之间相互作用放出的能量.但是如果说我们最终能发现真正意义上的"点",那么我们自然发现,能量是连续的,因为"点"是没有质量的,所以其相互作用产生的能量自然不存在最小份量.
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以上,基本世界观描述完毕,来谈论题目.
万有引力存在的前提是有一个有质量的物体.那么,根据相对论的最基本推测,如果万有引力速度超过了光速,那么这个物体在万有引力这个方向上的相对速度就超过了光速,那么它就会开始转化成能量,直到质量消失.结果:它不存在了.
当然你会说,如果它周围的万有引力处于平衡状态呢?那它不就相对静止了么?但是对于一个物体,它对周围环境的万有引力均等的情况下,它就不是一个单独的物体,而是跟它周围的环境形成了一个整体,单独讨论它的意义就消失了.
所以,如果把万有引力认为是一种物质化的存在,它的速度必然不会超过光速.而从最近本的有质量即有万有引力这个基本理论,我个人认为引力速度即为光速.
那么下面讨论的是,万有引力是一个非物质的能量性质存在.
如果认为万有引力的作用是我之前提到的"点"的相互作用,那么显然是错误的,因为"点"没有质量.所以万有引力就不是那种我个人称之为"原始能量"的能量(即"点"相互作用产生的能量),那么万有引力在靠近"世界本源"的等级上就自然掉了一级.这一掉就从我们尚不可知的脑洞里掉出来了,成为了现实存在的东西.那么现实存在中有比光速快的存在么?没有,所以引力速度小于等于光速.这时候咱们搬一个黑洞出来,就很明显发现引力和光速的对决上,能处在一个可以不败的地步,即等于甚至大于.两个集合相交,交集只有一个点,那就是引力速度等于光速.
综上,答主脑洞过大,胡思乱想的结果,如果有明显物理学漏洞,求折叠.
PS:个人觉得这是一个哲学问题甚于科学问题,当然从侧面也说明科学的终点即为哲学
万有引力的传递速度是多快呢？是瞬间到达么？
http://www.zhihu.com/question/22109488
下面是我自己的思考，不知道对错，也欢迎来回答我的提问：
由于宇宙中的物质本身就已经存在了，而这些物质之间相互分开的速度又不可能超过光速，所以如果万有引力是光速就可以了，这些物质之间就感觉万有引力是瞬间到达的，就好象不需要时间一样，其实万有引力的到达是需要时间的，只不过从宇宙诞生就一直伴随着万有引力，而宇宙的扩张速度是小于光速的，因此所有星球上的人都觉得万有引力或者其他引力场是瞬间到达的。
http://www.zhihu.com/question/22109488
下面是我自己的思考，不知道对错，也欢迎来回答我的提问：
由于宇宙中的物质本身就已经存在了，而这些物质之间相互分开的速度又不可能超过光速，所以如果万有引力是光速就可以了，这些物质之间就感觉万有引力是瞬间到达的，就好象不需要时间一样，其实万有引力的到达是需要时间的，只不过从宇宙诞生就一直伴随着万有引力，而宇宙的扩张速度是小于光速的，因此所有星球上的人都觉得万有引力或者其他引力场是瞬间到达的。
现在的物理理论随时都可能被颠覆，而当前我们只是寻求最合理的解释，四种基本力现在都还没有统一，什么都是未知。
爱因斯坦说，引力是物体对空间场的挤压，引力本身是没有速度的，质量的变化引起的引力场的变化才有速度。
量子世界没有引力，或者说没有被明确定义的引力。
爱因斯坦说，引力是物体对空间场的挤压，引力本身是没有速度的，质量的变化引起的引力场的变化才有速度。
量子世界没有引力，或者说没有被明确定义的引力。
引力速度绝对不是光速，这个问题已经在新发现杂志上已经讨论过了。既然他们在讨论，楼上乱猜也没多大意义。
可以举个例子，电子移动速度与电流速度明显是不等的。
引力速度不等于光速已经是有例子可以证明的了，不过引力场本质什么的问题还在讨论。当然这也是个很大的问题，等到模型统一的那一天就会有答案了吧。
可以举个例子，电子移动速度与电流速度明显是不等的。
引力速度不等于光速已经是有例子可以证明的了，不过引力场本质什么的问题还在讨论。当然这也是个很大的问题，等到模型统一的那一天就会有答案了吧。
看完大家的发言小弟我遇到了几个问题，希望各位能帮我解答，也希望大家能一起讨论。
我想问下，引力能用场描述吗？若光子在黑洞面前无所遁形，那引力场在黑洞面前能有所遁形吗？黑洞对周围造成的引力是怎么跑出来的？有引力子吗？光子跑不出黑洞那引力子能跑出来吗？引力子跑不出来那黑洞又怎么体现对外界的引力作用呢？
我想问下，引力能用场描述吗？若光子在黑洞面前无所遁形，那引力场在黑洞面前能有所遁形吗？黑洞对周围造成的引力是怎么跑出来的？有引力子吗？光子跑不出黑洞那引力子能跑出来吗？引力子跑不出来那黑洞又怎么体现对外界的引力作用呢？
可以这样理解吧，引力既不是物质，也不是能量。所以不存在运动和传播的问题。确实有观点，从物质的角度看待引力，称之为场。场论里面有关于传播速度的讨论，但是更进一步地引力场到底具有何种特殊性和明确的定义，我也回答不了，等待理论物理的专业人士。
不才在这个问题上讲讲自己的见解。
光是一种物质，在很多情况下是作为信息的载体而运动的，而引力是存在于空间内的场的具体表现形式——说是具体，其实并没有具有可见性性质这么具体，但是已然足够用，因为我们间接地感受到了引力的存在。
那么，光很显然，是作为一种“动物质”而存在的，光穿梭于空间的三个维度，传递着我们人类可见的信息。而自然地，光在三维维度上，势必要受到外界约束，我们所说的黑洞，是一个三维上具有强大吸力的物质体（时间维度上也是同样，黑洞可以扭曲时间，但是这对我们的讨论不必要），光在黑洞之内，无所遁形。
而引力，不能称作为“动物质”，甚至不可以称之为物质，因为我们任取两个物体，不管两者之间存在什么其他物质或者多么扭曲的时间、不管两者之间有何路径，这两个物体之间的引力始终没有变，而只与距离有关。这更像是一种“静性质”。好的，这样子把引力放到黑洞里面，就已经不是三维内的问题了，我们更应该考虑的是强有力的黑洞如何在物理量值上压制了引力（据说黑洞内的物理量值是跟正宇宙内有差异的）。在这个问题上，我认为，黑洞内的物理背景也不一样，也就是说，黑洞内并不存在我们传统意义上的牛顿世界或者是相对论世界，因为各种维度（可以超过4维）的扭曲，导致物理背景和物理定律完全不同，但是在我们外部观察者眼里，我们居然得出了那么多的“观测”结论，大概是不靠谱的。视角就不对，怎么可能有结果呢？
从这个角度上，我认为对待“光”和“引力”的态度就应该有所区分。
好的，我要说的是。黑洞的特殊性，导致不应该作为我们所生活的“正宇宙”的一部分来看待，我们研究问题时，遇到黑洞，应当在所有我们认知的维度上，绕过去。没错，就是绕过去。因为你始终是个局外人。
你能在三维上看到光被吸进去了。你的确能。
但是引力呢？不只是三维维度上的东西。你凭肉眼感知不到，而你又不敢靠近黑洞去凭传统的触觉感受引力的变化。。你还能对引力穿过黑洞是否发生变化下一个定论吗？
光是一种物质，在很多情况下是作为信息的载体而运动的，而引力是存在于空间内的场的具体表现形式——说是具体，其实并没有具有可见性性质这么具体，但是已然足够用，因为我们间接地感受到了引力的存在。
那么，光很显然，是作为一种“动物质”而存在的，光穿梭于空间的三个维度，传递着我们人类可见的信息。而自然地，光在三维维度上，势必要受到外界约束，我们所说的黑洞，是一个三维上具有强大吸力的物质体（时间维度上也是同样，黑洞可以扭曲时间，但是这对我们的讨论不必要），光在黑洞之内，无所遁形。
而引力，不能称作为“动物质”，甚至不可以称之为物质，因为我们任取两个物体，不管两者之间存在什么其他物质或者多么扭曲的时间、不管两者之间有何路径，这两个物体之间的引力始终没有变，而只与距离有关。这更像是一种“静性质”。好的，这样子把引力放到黑洞里面，就已经不是三维内的问题了，我们更应该考虑的是强有力的黑洞如何在物理量值上压制了引力（据说黑洞内的物理量值是跟正宇宙内有差异的）。在这个问题上，我认为，黑洞内的物理背景也不一样，也就是说，黑洞内并不存在我们传统意义上的牛顿世界或者是相对论世界，因为各种维度（可以超过4维）的扭曲，导致物理背景和物理定律完全不同，但是在我们外部观察者眼里，我们居然得出了那么多的“观测”结论，大概是不靠谱的。视角就不对，怎么可能有结果呢？
从这个角度上，我认为对待“光”和“引力”的态度就应该有所区分。
好的，我要说的是。黑洞的特殊性，导致不应该作为我们所生活的“正宇宙”的一部分来看待，我们研究问题时，遇到黑洞，应当在所有我们认知的维度上，绕过去。没错，就是绕过去。因为你始终是个局外人。
你能在三维上看到光被吸进去了。你的确能。
但是引力呢？不只是三维维度上的东西。你凭肉眼感知不到，而你又不敢靠近黑洞去凭传统的触觉感受引力的变化。。你还能对引力穿过黑洞是否发生变化下一个定论吗？
傻问一：我是磁铁，我受的力是取决于“没有我的时候的磁场”还是“有我的时候的磁场（即
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发表于 2009-12-14 08:01:57 
收藏
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楼主
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发表于 2009-12-26 23:47:56
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黑洞吸收物质就是引力波的作用啊，引力波自己怎么会作用自己把自己吸回去，那还有个毛的引力波啊，你想，黑洞的引力波以光速发出去，然后又被自己吸回来。那引力就消失了啊，
基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置
CN 103293696 A
CN 103293696 A
Abstract
本发明涉及一种基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，包括基模线偏振激光光源、二分之一波片、两个偏振分光棱镜、两个全反镜、两个非连续波片和电光相位调制器；基模线偏振激光光源产生的基模高斯光束经二分之一波片和第一偏振分光棱镜分成两路正交线偏振光；垂直偏振光经45°第一全反镜和第一非连续波片后转换成TEM01垂直偏振光；水平偏振光则经过第二非连续波片后转换成TEM10水平偏振光，TEM10水平偏振光经过电光相位调制器和45°放置的第二全反镜反射后与TEM01垂直偏振光在第二偏振分光棱镜处同轴相干叠加生成矢量偏振光。该装置可产生任意φ0和δ组合的矢量光束，并可实现不同矢量光之间的连续快速转换。
Claims(8)
1.一种基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，其特征在于，包括基模线偏振激光光源(I)、二分之一波片(2)、第一偏振分光棱镜(3)、第一全反镜(6)、第一非连续波片(7)、第二非连续波片(8)、电光相位调制器(9)、第二全反镜(10)和第二偏振分光棱镜(11);基模线偏振激光光源(I)产生的基模高斯光束经二分之一波片(2)后,在第一偏振分光棱镜(3)处分成垂直线偏振光和水平线偏振光；其中垂直线偏振光经45°放置的第一全反镜(6 )后，经过第一非连续波片(7 )转换成TEMtll垂直偏振光(4 );而水平线偏振光则经第二非连续波片(8 )转换成TEMltl水平偏振光(5 );接着TEMltl水平偏振光(5 )经过电光相位调制器(9)，最后经45°放置的第二全反镜(10)反射后与TEMtll垂直偏振光(4)在第二偏振分光棱镜(11)处同轴相干叠加生成矢量偏振光。
2.如权利要求1所述的基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，其特征在于，所述的基模线偏振激光光源(I)是气体激光光源、半导体激光光源、全固态激光光源或光纤激光光源。
3.如权利要求1所述的基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，其特征在于，所述的二分之一波片(2)用于调节垂直线偏振光和水平线偏振光的振幅至相同。
4.如权利要求1所述的基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，其特征在于，所述的第一、二非连续波片(7、8)的两半之间存在特定高度差，以使得光束两半之间产生^的相对相位差，从而将基模高斯光束转换成TEMtll垂直偏振光(4)和TEMltl水平偏振光 (5);且第一非连续波片(7)和第二非连续波片(8)垂直放置；且可手动或者使用电机同方向旋转第一非连续波片(7)和第二非连续波片(8)。
5.如权利要求1所述的基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，其特征在于，所述的电光相位调制器(9)由电光晶体(12)和驱动电源(13)组成；所述的水平线偏振光的偏振方向平行于电光晶体(12)的晶轴z入射，调节驱动电源(13)上的电压值可任意改变TEM01垂直偏振光(4)与TEMltl水平偏振光(5)之间的相位差。
6.如权利要求5所述的基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，其特征在于，所述的电光晶体(12)是KDP晶体或LiNb03晶体。
7.如权利要求1或5所述的基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，其特征在于，所述的驱动电源(13 )是直流稳压电源或者是高频信号电源。
8.如权利要求1所述的基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，其特征在于，所述的第一、二全反镜(6、10)为平平镜，且均镀有对应激光光源波段的45°高反膜。
Description
基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置
技术领域
[0001] 本发明属于干涉合成矢量光束技术领域，具体涉及一种基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置。
背景技术
[0002] 矢量光束不同于通常的偏振光(线偏振、圆偏振和椭圆偏振)，其偏振态分布在横截面内随位置是变化的。作为矢量光束的两个特例，径向和角向偏振光空间各处的偏振态分别沿径向和角向分布，光强分布均为中空环状。由于其独特的偏振分布特点，径向偏振光在消球差高数值孔径透镜聚焦下，在焦点处产生很强的纵向电场分量且焦点光斑很小；而角向偏振光则在焦点处产生很强的纵向磁场分量，光强依然为中空分布。除了这两种常见的矢量光束，广义柱矢量光束和混合矢量光束也受到广泛研究。其中，广义柱矢量光束是指偏振态与径向成一定角度的矢量光，其可在径向或者角向偏振光的基础上，经过两个二分之一波片转换而来；混合矢量光束是指偏振态同时包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振的矢量光，其也可通过径向或者角向偏振光转换而来。由于矢量光束独特的偏振态分布和紧聚焦特性，其在金属切割、粒子加速、粒子捕获和操控、非线性光学、粒子取向分析和与电磁材料相互作用中有着广泛的应用价值。
[0003] 通常，产生矢量光束的方法主要可以分成两类:一类是通过精确设计激光谐振腔或者在腔内加入特殊的光学元件，如布儒斯特锥、全息光栅，从而达到选择特定激光偏振模振荡的作用；另外一类 是通过加螺旋相位板、电光相位延迟器、波片或者采用干涉方法将输入的高斯激光束转换成具有特定偏振分布的矢量光。但是，大部分方法只能产生某一特定偏振分布的矢量光束，要产生其他种类的矢量光需要对装置进行大的改进，使用很不方便。Zhan等人(Q.Zhan et al.，Opt.ExpresslO, 324 (2002))提出将径向或角向偏振光通过两个二分之一波片，旋转两波片的主轴夹角即可获得任意广义柱矢量光束German等人(G.M.Lerman et al., Opt.Expressl8, 27650 (2010).)提出将径向或角向偏振光通过波片，接着改变波片的主轴方向或者改变波片的相位延迟量就可以得到不同种类的混合偏振光束.这两种方法都是在产生经典径向或角向偏振光的基础上，采用波片将现成的径向或角向偏振光转换成不同类型的矢量偏振光，装置复杂，增加了成本和光路调节难度。
[0004] 干涉方法产生矢量光束，是通过一对正交偏振光(如水平和垂直线偏振，左旋和右旋圆偏振)的相干叠加来实现的。径向和角向偏振光即可通过两束相位差为零的正交线偏振TEM01光相干叠加产生，而广义的两束正交线偏振TEMtll模的矢量叠加过程可以表示成:
[0005]
E(r, φ,ί) = E10 x (r, φ + 為)cos(>i) + Eoly (r, φ + 為)cos(诚 + δ\
[0006] 其中Eltlx和EtllJ为水平和垂直偏振模的振幅；Cjitl为TEMcu模两瓣连线方向与水平/垂直方向的夹角；S为两束光的相位差；r，识为极坐标系；cot为场相位。上式中任意一组Φ(!和δ的组合对应一特定的偏振分布矢量光,其中的取值范围为[0,180° ),δ的取值范围为[-^ ^0。因此，只需改变(K和I在同一干涉装置中可以直接获得不同的矢量光。Maurer 课题组(C.Maurer et al., New J.Phys.9, 78 (2007))和 Wang 研究小组(X.-L.Wang et al.,Opt.Lett.32,3549(2007))分别提出在干涉装置中加入空间光调制器，从而产生不同类型的矢量光束。这种方法虽然能实现多种矢量光的产生，满足一定的使用需求，但光路调节复杂，无法在不同类型的矢量光之间进行连续快速转换。
发明内容
[0007] 针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种简便的基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，该装置可产生任意Φο和S组合的矢量光束，并可实现不同矢量光之间的连续快速转换。
[0008] 为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
[0009] 一种基于马赫曾 德干涉仪产生任意矢量光束的装置，其特征在于，包括基模线偏振激光光源、二分之一波片、第一偏振分光棱镜、第一全反镜、第一非连续波片、第二非连续波片、电光相位调制器、第二全反镜和第二偏振分光棱镜；基模线偏振激光光源产生的基模高斯光束经旋转二分之一波片后，在第一偏振分光棱镜处分成垂直线偏振光和水平线偏振光；其中，垂直线偏振光经45°放置的第一全反镜后，经过第一非连续波片转换成TEMtll垂直偏振光；而水平线偏振光则经第二非连续波片转换成TEMltl水平偏振光；接着TEMltl水平偏振光经过电光相位调制器，最后经45°放置的第二全反镜反射后与TEMtll垂直偏振光在第二偏振分光棱镜处同轴相干叠加生成矢量偏振光。
[0010] 本发明的基于马赫曾德干涉仪产生任意矢量光束的装置，可干涉产生任意Φ。e [O, 180° )和δ e [-JI，JI)的矢量偏振光束；更重要的是该装置光路简单，一次调节好后，只需同方向旋转两个非连续波片和改变加载在电光相位调制器上的电压即可实现对矢量光束偏振态的快速调控。
附图说明
[0011] 图1为本发明的基于马赫曾德干涉仪产生任意矢量光束的装置结构示意图；
[0012] 图2为非连续波片和电光相位调制器的结构示意图，其中，图(a)为非连续波片，图(b)为电光相位调制器；
[0013] 图3为两束正交线偏振光的相干矢量叠加过程不意图片；
[0014] 图4为利用本发明的基于马赫曾德干涉仪产生任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角Φ(| = 0°时,生成的矢量光的偏振态分布；
[0015] 图5为利用本发明的基于马赫曾德干涉仪产生任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角Φ(| = 90°时,生成的矢量光的偏振态分布；
[0016] 图6为利用本发明的基于马赫曾德干涉仪产生任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角Φο = 0°时，δ =0和π/2两种情况下测得的矢量光强度分布以及经过线偏振片后的强度分布图。
[0017] 以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
具体实施方式[0018] 如图1所示，本实施例给出一种基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，包括基模线偏振激光光源1、二分之一波片2、第一偏振分光棱镜3、第一全反镜6、第一非连续波片7、第二非连续波片8、电光相位调制器9、第二全反镜10和第二偏振分光棱镜11。
[0019] 基模线偏振激光光源I产生的基模高斯光束经二分之一波片2后,在第一偏振分光棱镜3处分成垂直线偏振光和水平线偏振光；其中，垂直线偏振光经45°放置的第一全反镜6后，经过第一非连续波片7转换成TEMtll垂直偏振光4 ;而水平线偏振光则经第二非连续波片8转换成TEMltl水平偏振光5 ;接着TEMltl水平偏振光5经过电光相位调制器9，最后经45°放置的第二全反镜10反射后与TEMtll垂直偏振光4在第二偏振分光棱镜11处同轴相干叠加生成矢量偏振光。
[0020] 本实施例中，所述的基模线偏振激光光源I是气体激光光源、半导体激光光源、全固态激光光源或光纤激光光源。
[0021] 所述的二分之一波片2用于调节垂直线偏振光和水平线偏振光的振幅至相同。
[0022] 如图2 (a)所示，第一、二非连续波片(7，8)的两半之间存在特定高度差，以使得光束两半之间产生η的相对相位差，从而将基模高斯光束转换成TEMtll垂直偏振光4和TEMltl水平偏振光5 ;且第一非连续波片7和第二非连续波片8垂直放置；且可手动或者使用电机同方向旋转第一非连续波片7和第二非连续波片8，可快速连续调节TEMtll垂直偏振光4两瓣连线方向与光束偏振方向的夹角Φ(|。
[0023] 如图2 (b)所示，所述的电光相位调制器9由电光晶体12和驱动电源13组成；7欠平线偏振光的偏振方向平行于电光晶体12的晶轴z入射，调节驱动电源13上的电压值可任意改变TEM01垂直偏振光4与TEMltl水平偏振光5之间的相位差δ。
[0024] 上述电光晶体12可以选择KDP晶体或LiNb03晶体。
[0025] 本实施例中，第一、二全反镜(6、10)采用平平镜，且均镀有对应激光光源波段的45°高反膜。
[0026] 图3所示为TEMtll垂直偏振光4和TEMltl水平偏振光5的矢量叠加过程示意图，两振幅相等模场垂直TEMtll垂直偏振光4和TEMltl水平偏振光5叠加可生产中空的环形矢量光场。调节二分之一波片2保证两束光的振幅相同；垂直放置第一、第二非连续波片(7，8)保证两束光的模场垂直；为实现的连续调节，可手动或者使用电机同方向旋转第一、第二非连续波片(7，8);为实现δ的连续调节，调节驱动电源13上的电压值，电压驱动源13可以是直流稳压电源也可以是高频信号电源。
[0027] 利用上述基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角= 0°时,生成的矢量光的偏振态分布图如图4所不,相位差δ分别为±31、±3 π/4、± π/2、± π/4和O。在相位差δ =0时，生成的矢量光即为经典的径向偏振光，空间各处均为线偏振且沿径向方向；δ =土 Ji时,各处偏振态依然为线偏振；δ=±3π/4和土 η /4时，除了水平和垂直坐标轴上为线偏振外，其他位置均为椭圆偏振，且第一 /三象限偏振旋转方向及长轴倾斜方向与第二 /四象限的相反；S=土 π/2时，水平和垂直坐标轴上为线偏振，而45°、135°、225°和315°方位均为圆偏振，其他位置均为椭圆偏振，且第一/三象限偏振旋转方向与第二 /四象限的相反、主轴均沿坐标轴。
[0028] 利用上述基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角Φ(| = 90°时,生成的矢量光的偏振态分布图如图5所不,相位差δ分别为土 、±3 π/4、± π/2、± π/4和O。在相位差δ =O时,生成的矢量光即为经典的角向偏振光，空间各处均为线偏振且沿角向方向；δ =土 Ji时,各处偏振态依然为线偏振；δ=±3π/4和土 η /4时，除了水平和垂直坐标轴上为线偏振外，其他位置均为椭圆偏振，且第一 /三象限偏振旋转方向及长轴倾斜方向与第二 /四象限的相反；S =土 π /2时，水平和垂直坐标轴上为线偏振，而45°、135°、225°和315°方位均为圆偏振，其他位置均为椭圆偏振，且第一/三象限偏振旋转方向与第二 /四象限的相反、主轴均沿坐标轴。
[0029] 利用上述基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角^Κ = 0°时，δ =0和/2两种情况下实际测得的矢量光强度分布以及经过线偏振器后的强度分布图如图6所不。图6中的(a)图〜(d)图表不δ = O的光强分布图，图6中的(e)图〜(h)图 表示δ = π/2的光强分布图，箭头表示线偏振器透光方向。
技术领域
[0001] 本发明属于干涉合成矢量光束技术领域，具体涉及一种基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置。
背景技术
[0002] 矢量光束不同于通常的偏振光(线偏振、圆偏振和椭圆偏振)，其偏振态分布在横截面内随位置是变化的。作为矢量光束的两个特例，径向和角向偏振光空间各处的偏振态分别沿径向和角向分布，光强分布均为中空环状。由于其独特的偏振分布特点，径向偏振光在消球差高数值孔径透镜聚焦下，在焦点处产生很强的纵向电场分量且焦点光斑很小；而角向偏振光则在焦点处产生很强的纵向磁场分量，光强依然为中空分布。除了这两种常见的矢量光束，广义柱矢量光束和混合矢量光束也受到广泛研究。其中，广义柱矢量光束是指偏振态与径向成一定角度的矢量光，其可在径向或者角向偏振光的基础上，经过两个二分之一波片转换而来；混合矢量光束是指偏振态同时包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振的矢量光，其也可通过径向或者角向偏振光转换而来。由于矢量光束独特的偏振态分布和紧聚焦特性，其在金属切割、粒子加速、粒子捕获和操控、非线性光学、粒子取向分析和与电磁材料相互作用中有着广泛的应用价值。
[0003] 通常，产生矢量光束的方法主要可以分成两类:一类是通过精确设计激光谐振腔或者在腔内加入特殊的光学元件，如布儒斯特锥、全息光栅，从而达到选择特定激光偏振模振荡的作用；另外一类 是通过加螺旋相位板、电光相位延迟器、波片或者采用干涉方法将输入的高斯激光束转换成具有特定偏振分布的矢量光。但是，大部分方法只能产生某一特定偏振分布的矢量光束，要产生其他种类的矢量光需要对装置进行大的改进，使用很不方便。Zhan等人(Q.Zhan et al.，Opt.ExpresslO, 324 (2002))提出将径向或角向偏振光通过两个二分之一波片，旋转两波片的主轴夹角即可获得任意广义柱矢量光束German等人(G.M.Lerman et al., Opt.Expressl8, 27650 (2010).)提出将径向或角向偏振光通过波片，接着改变波片的主轴方向或者改变波片的相位延迟量就可以得到不同种类的混合偏振光束.这两种方法都是在产生经典径向或角向偏振光的基础上，采用波片将现成的径向或角向偏振光转换成不同类型的矢量偏振光，装置复杂，增加了成本和光路调节难度。
[0004] 干涉方法产生矢量光束，是通过一对正交偏振光(如水平和垂直线偏振，左旋和右旋圆偏振)的相干叠加来实现的。径向和角向偏振光即可通过两束相位差为零的正交线偏振TEM01光相干叠加产生，而广义的两束正交线偏振TEMtll模的矢量叠加过程可以表示成:
[0005]
E(r, φ,ί) = E10 x (r, φ + 為)cos(>i) + Eoly (r, φ + 為)cos(诚 + δ\
[0006] 其中Eltlx和EtllJ为水平和垂直偏振模的振幅；Cjitl为TEMcu模两瓣连线方向与水平/垂直方向的夹角；S为两束光的相位差；r，识为极坐标系；cot为场相位。上式中任意一组Φ(!和δ的组合对应一特定的偏振分布矢量光,其中的取值范围为[0,180° ),δ的取值范围为[-^ ^0。因此，只需改变(K和I在同一干涉装置中可以直接获得不同的矢量光。Maurer 课题组(C.Maurer et al., New J.Phys.9, 78 (2007))和 Wang 研究小组(X.-L.Wang et al.,Opt.Lett.32,3549(2007))分别提出在干涉装置中加入空间光调制器，从而产生不同类型的矢量光束。这种方法虽然能实现多种矢量光的产生，满足一定的使用需求，但光路调节复杂，无法在不同类型的矢量光之间进行连续快速转换。
发明内容
[0007] 针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种简便的基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，该装置可产生任意Φο和S组合的矢量光束，并可实现不同矢量光之间的连续快速转换。
[0008] 为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
[0009] 一种基于马赫曾 德干涉仪产生任意矢量光束的装置，其特征在于，包括基模线偏振激光光源、二分之一波片、第一偏振分光棱镜、第一全反镜、第一非连续波片、第二非连续波片、电光相位调制器、第二全反镜和第二偏振分光棱镜；基模线偏振激光光源产生的基模高斯光束经旋转二分之一波片后，在第一偏振分光棱镜处分成垂直线偏振光和水平线偏振光；其中，垂直线偏振光经45°放置的第一全反镜后，经过第一非连续波片转换成TEMtll垂直偏振光；而水平线偏振光则经第二非连续波片转换成TEMltl水平偏振光；接着TEMltl水平偏振光经过电光相位调制器，最后经45°放置的第二全反镜反射后与TEMtll垂直偏振光在第二偏振分光棱镜处同轴相干叠加生成矢量偏振光。
[0010] 本发明的基于马赫曾德干涉仪产生任意矢量光束的装置，可干涉产生任意Φ。e [O, 180° )和δ e [-JI，JI)的矢量偏振光束；更重要的是该装置光路简单，一次调节好后，只需同方向旋转两个非连续波片和改变加载在电光相位调制器上的电压即可实现对矢量光束偏振态的快速调控。
附图说明
[0011] 图1为本发明的基于马赫曾德干涉仪产生任意矢量光束的装置结构示意图；
[0012] 图2为非连续波片和电光相位调制器的结构示意图，其中，图(a)为非连续波片，图(b)为电光相位调制器；
[0013] 图3为两束正交线偏振光的相干矢量叠加过程不意图片；
[0014] 图4为利用本发明的基于马赫曾德干涉仪产生任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角Φ(| = 0°时,生成的矢量光的偏振态分布；
[0015] 图5为利用本发明的基于马赫曾德干涉仪产生任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角Φ(| = 90°时,生成的矢量光的偏振态分布；
[0016] 图6为利用本发明的基于马赫曾德干涉仪产生任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角Φο = 0°时，δ =0和π/2两种情况下测得的矢量光强度分布以及经过线偏振片后的强度分布图。
[0017] 以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
具体实施方式[0018] 如图1所示，本实施例给出一种基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，包括基模线偏振激光光源1、二分之一波片2、第一偏振分光棱镜3、第一全反镜6、第一非连续波片7、第二非连续波片8、电光相位调制器9、第二全反镜10和第二偏振分光棱镜11。
[0019] 基模线偏振激光光源I产生的基模高斯光束经二分之一波片2后,在第一偏振分光棱镜3处分成垂直线偏振光和水平线偏振光；其中，垂直线偏振光经45°放置的第一全反镜6后，经过第一非连续波片7转换成TEMtll垂直偏振光4 ;而水平线偏振光则经第二非连续波片8转换成TEMltl水平偏振光5 ;接着TEMltl水平偏振光5经过电光相位调制器9，最后经45°放置的第二全反镜10反射后与TEMtll垂直偏振光4在第二偏振分光棱镜11处同轴相干叠加生成矢量偏振光。
[0020] 本实施例中，所述的基模线偏振激光光源I是气体激光光源、半导体激光光源、全固态激光光源或光纤激光光源。
[0021] 所述的二分之一波片2用于调节垂直线偏振光和水平线偏振光的振幅至相同。
[0022] 如图2 (a)所示，第一、二非连续波片(7，8)的两半之间存在特定高度差，以使得光束两半之间产生η的相对相位差，从而将基模高斯光束转换成TEMtll垂直偏振光4和TEMltl水平偏振光5 ;且第一非连续波片7和第二非连续波片8垂直放置；且可手动或者使用电机同方向旋转第一非连续波片7和第二非连续波片8，可快速连续调节TEMtll垂直偏振光4两瓣连线方向与光束偏振方向的夹角Φ(|。
[0023] 如图2 (b)所示，所述的电光相位调制器9由电光晶体12和驱动电源13组成；7欠平线偏振光的偏振方向平行于电光晶体12的晶轴z入射，调节驱动电源13上的电压值可任意改变TEM01垂直偏振光4与TEMltl水平偏振光5之间的相位差δ。
[0024] 上述电光晶体12可以选择KDP晶体或LiNb03晶体。
[0025] 本实施例中，第一、二全反镜(6、10)采用平平镜，且均镀有对应激光光源波段的45°高反膜。
[0026] 图3所示为TEMtll垂直偏振光4和TEMltl水平偏振光5的矢量叠加过程示意图，两振幅相等模场垂直TEMtll垂直偏振光4和TEMltl水平偏振光5叠加可生产中空的环形矢量光场。调节二分之一波片2保证两束光的振幅相同；垂直放置第一、第二非连续波片(7，8)保证两束光的模场垂直；为实现的连续调节，可手动或者使用电机同方向旋转第一、第二非连续波片(7，8);为实现δ的连续调节，调节驱动电源13上的电压值，电压驱动源13可以是直流稳压电源也可以是高频信号电源。
[0027] 利用上述基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角= 0°时,生成的矢量光的偏振态分布图如图4所不,相位差δ分别为±31、±3 π/4、± π/2、± π/4和O。在相位差δ =0时，生成的矢量光即为经典的径向偏振光，空间各处均为线偏振且沿径向方向；δ =土 Ji时,各处偏振态依然为线偏振；δ=±3π/4和土 η /4时，除了水平和垂直坐标轴上为线偏振外，其他位置均为椭圆偏振，且第一 /三象限偏振旋转方向及长轴倾斜方向与第二 /四象限的相反；S=土 π/2时，水平和垂直坐标轴上为线偏振，而45°、135°、225°和315°方位均为圆偏振，其他位置均为椭圆偏振，且第一/三象限偏振旋转方向与第二 /四象限的相反、主轴均沿坐标轴。
[0028] 利用上述基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角Φ(| = 90°时,生成的矢量光的偏振态分布图如图5所不,相位差δ分别为土 、±3 π/4、± π/2、± π/4和O。在相位差δ =O时,生成的矢量光即为经典的角向偏振光，空间各处均为线偏振且沿角向方向；δ =土 Ji时,各处偏振态依然为线偏振；δ=±3π/4和土 η /4时，除了水平和垂直坐标轴上为线偏振外，其他位置均为椭圆偏振，且第一 /三象限偏振旋转方向及长轴倾斜方向与第二 /四象限的相反；S =土 π /2时，水平和垂直坐标轴上为线偏振，而45°、135°、225°和315°方位均为圆偏振，其他位置均为椭圆偏振，且第一/三象限偏振旋转方向与第二 /四象限的相反、主轴均沿坐标轴。
[0029] 利用上述基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置，在固定非连续波片与坐标轴夹角^Κ = 0°时，δ =0和/2两种情况下实际测得的矢量光强度分布以及经过线偏振器后的强度分布图如图6所不。图6中的(a)图〜(d)图表不δ = O的光强分布图，图6中的(e)图〜(h)图 表示δ = π/2的光强分布图，箭头表示线偏振器透光方向。
Classifications
基因表达（英语：Gene expression，又称基因表现，有时直接以表现或表达来称呼）是基因中的DNA序列生产出蛋白质的过程。步骤大致从DNA转录成mRNA开始，一直 ...
2013年6月21日 - 从RNA 水平上研究基因表达变化的方法：. 如半定量PCR，定量PCR，基因芯片. RNA-Seq. 是基于新一代测序技术的转录组学研究方法，可以形成对 ...
2014年7月7日 - 或其前体被特异性剪切产生tRNA 来源的小片段RNA (tRNA-derived fragment, tRF)
現在已知訊息RNA（mRNA）會拷貝一份基因的訊息。在DNA的兩股中，其中一股為sense，另一股為antisense，mRNA拷貝antisense這一股，然後RNA就會由5'往3'的 ...
基因表达_医学百科
www.wiki8.com/jiyinbiaoda_42776/
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轉為繁體網頁
[PDF]RNA-Seq简单分析流程及网络资源介绍 - abc
abc.cbi.pku.edu.cn/seminar/pku13s10.pdf
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[PDF]tRNA来源的小片段RNA——新的基因表达调控因子 - 生命科学
www.lifescience.net.cn/num3.asp?id=1952
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遺傳密碼與基因表現 - Plans for Improving Life Sciences ...
www.dls.ym.edu.tw/lesson/gen.htm
卡拉比猜想编辑
中文名
卡拉比猜想
提出者
卡拉比
提出时间
1954
证明者
目录
1背景编辑
1941年的霍奇（Hodge）理论刚刚由魏尔（Weyl）和小平邦彦（Kodaira）整理完成。1945年陈省身引进的陈示性类由希策布鲁赫（Hirzebruch）发扬光大，证明了拓扑中的符号差定理与代数几何中的Hirzebruch-Riemann-Roch定理。工程师出身的博特（Bott）证明了他不朽的同伦群周期性定理。这些结果很快激发出了Atiyah-Singer指标定理。塞尔（Serre）用勒雷（Leray）的谱序列计算了代数拓扑中球面的同伦群，用层论写下了代数几何名篇GAGA，将复分析系统地引入代数几何。Kodaira证明了他著名的嵌入定理，发展了复流形的形变理论。稍后，米尔诺（Milnor）发现了七维怪球，纳什（Nash）证明了黎曼（Riemann）流形的嵌入定理。这些伟大的数学家与他们的定理，如繁星闪耀在天空，令人目不暇给。
1954年的国际数学家大会，菲尔兹（Fields）奖的获奖者是小平邦彦（Kodaira）和塞尔（Serre），他们的主要获奖工作都是将复分析、微分几何与代数几何完美地结合在一起。正如外尔（Weyl）在他的颁奖词中所说：“他们的成就远远超越了他年轻时的梦想，他们的成就代表着数学一个新时代的到来。”[1]
2提出编辑
也是在这届数学家大会上，31岁的意大利裔数学家卡拉比，在会议的邀请报告中用一页纸写下了他著名的猜想：令M为紧致的卡勒（Kahler）流形，那么对其第一陈类中的任何一个（1，1）形式R，都存在唯一的一个卡勒度量，其Ricci形式恰好是R。卡拉比还粗略地描述了一个他的猜想的证明方案，并证明了，如果解存在，那必是唯一的。
但3年后，在1957年的一篇关于Calabi-Yau流形的几何结构的文章中，他意识到这个证明根本行不通。这里需要求解一个极为艰深而复杂的偏微分方程，叫作复的Monge-Ampere方程。他去请教20世纪最伟大的数学家之一的魏尔（Andre Weil）教授。魏尔说：“当时还没有足够的数学理论来攻克它。”
众所周知，庞加莱（Poincare）著名的单值化定理告诉我们，一维复流形的万有覆盖只有简单的三种，球面、复平面和单位圆盘。如何将单值化定理推广到高维流形，这个问题几乎主导了现代几何与拓扑的发展。而即使从复一维到复二维流形，问题的复杂性已经远超想象，被数学家称作是从天堂到了地狱。或者说是上帝创造了黎曼面，简单美丽而又丰富多彩，是魔鬼制造了复曲面，内容复杂，令人眼花缭乱，头晕目眩。卡拉比猜想可以认为是单值化定理在高维不可思议的大胆推广，竟然给出了高维复流形中难得一见的一般规律。特别的是它在复卡勒流形的第一陈类大于零、等于零和小于零三个情形，指出了Kahler-Einstein度量的存在性，即此度量的第一陈形式等于其卡勒形式。这恰好对应于黎曼面三种单值化的推广。
要知道，当时人们知道的爱因斯坦流形的例子都是局部齐性的，甚至都不知道复投影空间中的超曲面，如K3曲面上，是否有爱因斯坦度量。在这样一种情况下，卡拉比竟然做出如此大胆的猜测，可见其胆识过人，也难怪此后多数几何学家都怀疑此猜想的正确性，许多人都在努力寻找反例，而不是证明它。正如庞加莱的单值化定理，霍奇定理需要经过数年，乃至数十年努力才得到完美的证明一样，卡拉比猜想也在数学界的期盼中，等待着它真正的王者到来，这一等就是21年。[1]
3证明编辑
第一陈类等于零
1954年，意大利著名几何学家卡拉比在国际数学家大会上提出：在封闭的空间，有无可能存在没有物质分布的引力场？卡拉比认为是存在的，可是没有人能证实，包括卡拉比自己。这就是著名的世界数学难题卡拉比猜想。
此后数十年，没有人能解开这一难题。而几乎所有数学家都认为，卡拉比是错的—这个猜想不存在。
年轻的丘成桐也对卡拉比猜想发生兴趣。但是，开头他也认为卡拉比猜想是错的，并且，他自信地认为自己已找到了证明其错误的方法。这一消息一透露马上引起强烈反响。
不久，丘成桐接到了卡拉比教授的亲笔信。卡拉比希望丘成桐证明给他看。
这无疑是一份挑战书，丘成桐只好被迫应战。他找了大量的例证，用自己认为正确的方法试图证明卡拉比猜想是错的。但一次次证明，一次次失败，有好多次似乎逼近终点，但最后却往往在很小的地方推不过去。
他不得不给卡拉比教授写信，承认是自己错了。
那么，能否证明卡拉比猜想是对的？他开始调转思路，迎难而上。这一投入便是整整4年。
从此，他在世界数学难题的崇山峻岭上孤独地跋涉，坚忍不拔地攀登着，期待着那数学世界空谷幽兰的出现。
1976年，丘成桐新婚燕尔，沉溺在新婚的甜蜜中的年轻数学家突然灵感勃发，激情喷涌—他找到了解决卡拉比猜想的方法：他掌握了Kahlabi几何中的曲率的概念，通过求解这个很难的偏微分方程证明了卡拉比猜想，他终于攻克了这道世界数学难题！
世界数学界轰动了，27岁的丘成桐一举成名。
卡拉比猜想的攻克使丘成桐进入学术的黄金时期，他高歌猛进，成果叠现：他解决了史密斯猜想、爱因斯坦猜想、实蒙日—安培方程狄利克雷问题、闵可夫斯基问题、镜猜想以及稳定性与特殊度量间的对应性等一连串世界数学难题，以他的研究命名的卡拉比-丘流形在数学与理论物理上发挥了重要作用。
丘成桐成为世界数学星空中一颗耀眼的新星。
1981年，美国数学学会授予丘成桐世界微分几何最高奖维勃伦奖。
1982年，他获得菲尔兹奖，这是世界数学领域的诺贝尔奖。
1994年，他获得瑞典皇家科学院为弥补诺贝尔奖没设数学奖而专门设立的国际大奖“克雷福特奖”，这是7年一次的世界级大奖，有人称“比诺贝尔奖还难拿”。
1997年，美国总统亲自颁发给他美国国家科学奖。[2]
2010年，他获得有数学家终身成就奖之称的沃尔夫数学奖。沃尔夫奖表彰他在几何分析领域的贡献，在几何和物理的多个领域都产生的“深刻而引人注目的影响”。2010年沃尔夫奖颁奖典礼定于5月13日在耶路撒冷举行，届时丘成桐将与美国数学家丹尼斯.沙利文分享这笔10万美元的奖金。至此，丘成桐已经囊括数学界两大最高奖项。早在1982年，他就获得40岁以下数学家最高奖——国际数学 联盟菲尔兹奖，而沃尔夫数学奖则被视为终身成就的象征。
丘成桐已经囊括菲尔兹奖、沃尔夫奖、克莱福特奖这三个世界顶级大奖，历史上仅有两位数学家囊括这三大奖项，另一位是比利时数学家德利涅。
第一陈类大于零
另一个与卡拉比猜想密切相关的问题是代数几何中全纯向量丛的稳定性与其上的Hermitian-Einstein度量的对应问题，这个问题约化成一个与规范场理论相关的极为困难的非线性方程解的存在性问题。1986年丘成桐与乌伦贝克（Uhlenbeck）合作，在卡勒流形上完全解决了这个问题。稍后，唐纳森也在投影流形上用不同的方法将这个问题解决。1988年，辛普森（Simpson）将这些结果推广并与霍奇变分理论相结合，发展成为代数几何中一个极为有效的工具。
对于复流形的切丛，Kahler-Einstein度量可以认为是没有挠率的Hermitian-Einstein度量，所以Kahler-Eienstein度量意味着流形的切丛在代数几何意义下是稳定的，但要更细致更深刻。多年来，丘成桐一直考虑什么样的代数稳定性对应着Kahler-Einstein度量的存在。丘成桐的几个学生，如田刚、李骏、梁乃聪和罗华章等人的博士论文都是讨论这方面的题目。他的一些想法记录在他1990年所发表的100个几何问题集里，这个问题集是为陈省身79岁生日而整理的。第65个问题就猜测Kahler-Einstein度量的存在性应该等价于代数几何中几何不变量意义下的稳定性。在第一陈类大于零的复流形上，这个猜想首次给出了Kahler-Einstein度量存在的充分必要条件，建立了标准度量与代数几何的密切关系。他当时的不少学生，包括田刚在内，都感觉到丘成桐猜想指出了新的研究方向，非常漂亮，也很有意义，开始努力研究丘成桐猜想。在此之前丘成桐也考虑了如何用伯格曼核的想法来逼近Kahler-Einstein度量，如何将卡拉比猜想推广到开流形与有奇点的流形上，并在几篇著名的综述文章中予以详细的阐述。这些都成为今后复几何发展的重要纲领，并引领了日后唐纳森、田刚等人关于Kahler-Einstein度量方面的工作。基于他的一部分想法，丘成桐与郑绍远、莫毅明和田刚整理并发表了一系列的文章，其中一部分组成了田刚的博士论文。众所周知，田刚的博士论文以及日后的主要工作大都从丘成桐的这些想法和猜想引发而来。
与第一陈类小于和等于零的情况相反，直到丘成桐提出他的猜想前，第一陈类大于零的情况一直显得颇为迷离。首先这类流形有不存在Kahler-Einstein度量的例子。在20世纪60年代，松岛（Matsushima）证明了Kahler-Einstein流形的自同构群必须可约。80年代初，福复（Futaki）引进了此类流形上存在Khler-Einstein度量的障碍函数，被称之为福复不变量。事实上，很多学者，如卡拉比、福复等都误以为没有全纯向量场应该是Kahler-Einstein度量存在的唯一必要条件，并没有意识到流形本身稳定的重要性。在较特殊的复二维情形，有一些存在性结果，但萧荫堂一直认为，这些结果并不完备，至今也还没有完整的结果。此后近30年，田刚一直沿着丘成桐猜想所指出的研究方向不懈努力，试图理解正曲率条件下，稳定性与Kahler-Einstein度量的存在性如何相关，他用福复不变量定义了一个解析稳定性的概念，称为K-稳定性，并取得了一些进展。然而这个问题的真正突破来自于唐纳森，他在2001年证明了如果卡勒流形上的卡勒类中存在一个常数量曲率的度量，并且其自同构群是离散的，那么这个流形就是在代数几何意义下是稳定的。唐纳森所用的关健工具恰好是丘成桐考虑过的伯格曼核的逼近方法，他敏锐地观察到伯格曼核渐进展开的第二项正是数量曲率，如果它为常数，则相应的偏微分方程便可解。此后唐纳森引进了适合研究丘成桐猜想的代数几何意义下的K-稳定性概念，并在2010年公布了证明K-稳定性与Kahler-Einstein度量存在等价性的丘成桐猜想的纲领。2014年5月，据人民网报道，中国科学技术大学“千人计划”学者陈秀雄教授和英国数学家唐纳森、中科大年轻校友孙崧博士合作，成功解决了“丘成桐猜想”。他们的三篇系列论文近日发表在国际顶级数学期刊《美国数学会杂志》上。该杂志审稿人评价说：“陈—唐纳森—孙的证明是突破性的，它不仅解决了一个基本性的问题，同时还发展了许多新颖有力的工具，以揭示卡勒几何、代数几何和偏微分方程之间的深刻联系。”[4]
第一陈类大于零的复流形也叫作法诺流形，这类流形比第一陈类小于零的流形相对来得少，其内容也远不如后者丰富，例如复一维情形只有一个球面，而复二维的流形从拓扑来看也只是复投影空间吹大几个点。更有意思的是代数几何中研究这类流形的工具也远比微分几何的方法强大，特别是1979年森重文（Mori）在法诺流形上用有限域的技巧发现的有理曲线存在性，这是迄今为止微分几何方法一直无法超越的天才发明。以此为工具，代数几何学家对法诺流形几何的了解走在了微分几何研究的前面。
这种情况与第一陈类小于和等于零的情形形成了鲜明的对比，这两类流形包含比法诺流形丰富得多的例子，而由于丘成桐证明的卡拉比猜想，在这些流形的研究中，微分几何的方法和工具更强大也更有效。这里我们还要注意到，正如唐纳森等人在他们的文章中所阐述的，K-稳定性并不是一个容易验证的条件，其实用性也与丘成桐所证明的卡拉比猜想相差甚远。目前他们所证明的丘成桐猜想唯一有意思的推论还是丘成桐所指出的，K-稳定形可以推出切丛的稳定性。所以即使K-稳定性等价于Kahler-Einstein度量的存在性的猜想得到证明，其重要性也需要在日后的应用中才能得到检验。而丘成桐本人则在勾画了他的猜想的证明纲领后，便将题目交给了他的学生和朋友，一方面他认为他的猜想虽然重要，但与他证明的卡拉比猜想相比还是有很大的距离，另一方面他认为弦理论引发的数学问题要比他自己的猜想更具挑战性，也有更大的潜力。事实上，他和他的学生与博士后在Calabi-Yau流形上的工作已经在近代数学中开创了一个新的重要研究方向。至于丘成桐猜想证明的正确性和其在几何学中的前景，只有他这个开创者和专家才有资格来评判了。[1]
第一陈类小于零
4意义编辑
卡拉比猜想的证明也标志着微分几何一个新时代的到来。一个新的学科随之产生，称为几何分析。它的定义就是用非线性微分方程的方法来系统地解决几何与拓扑中的难题，反过来也用几何的直观与想法来理解偏微分方程的结构。
丘成桐在1978年的国际数学家大会的大会报告中系统而清晰地描绘了几何分析与高维单值化理论的发展前景。由此方法，一系列著名的问题得到解决，特别是唐纳森（Donaldson）为代表的规范场理论与低维拓扑的结合，汉密尔顿（Hamilton）的Ricci流与庞加莱猜想的历史性进展，将几何分析的发展带到了一个高峰。
另一方面，早在1983年，丘成桐的学生曹怀东、坂东（Bando）便在他的指导下，首先用Ricci流的方法开始研究卡勒流形上标准度量的存在性，使Kahler-Ricci流成为复流形研究中重要的工具之一。[1]
塞尔说过：“一个真正好的数学猜想，它的解决应该随之而来一系列的推论和绵延不断的影响。”卡拉比猜想就是如此，这里我仅举几个例子。
首先，对于第一陈类小于和等于零的紧卡勒流形，卡拉比猜想告诉我们，Kahler-Einstein度量总是存在。其中对小于零的情形，其简单的推论就解决了长期悬而未决的Severi猜想，复二维投影空间的复结构是唯一的，甚至任意维数复投影空间的卡勒复结构也是唯一的。
另一个匪夷所思的推论是，在任意维数的这类复流形上，存在一个奇妙的陈示性数不等式，而此前代数几何学家却只能得到复二维的情形。第一陈类等于零的二维复流形是有名的K3曲面，托尔罗夫（Todorov）用Calabi-Yau定理证明了其周期映射是满射，萧荫堂利用Calabi-Yau度量证明了所有的K3曲面都是卡勒曲面。而高维数的第一陈类为零的复流形的基本结构定理也随之而来。这些都是复几何与代数几何中著名的猜想，在卡拉比猜想证明之前，人们毫无办法，望而却步。
最令人惊奇的是上世纪80年代初，超弦学家们认识到第一陈类等于零的三维复流形，恰好是他们的大统一理论所需要的十维时空中的一个六维空间，这神秘的六维空间，在我们看不到的尺度里主宰着我们大千世界的千变万化。这个发现引发了物理学的一场革命。物理学家们兴奋地把这类流形称为Calabi-Yau空间，Yau便是丘成桐的英文姓氏。有兴趣的朋友如果在Google中输入Calabi-Yau，就会发现近40万个条目。以至于不少物理学家都以为Calabi是丘成桐的名字。正如威滕（Witten）所言，在这场物理学的革命中，每一个有重要贡献的人都会名扬千古。Calabi-Yau也在数学中引发了一系列重大的进展，如超弦学家Candelas等人通过研究不同的Calabi-Yau流形给出的相同的超对称共形场论所发现的镜对称猜想。这个猜想由丘成桐、连文豪与刘克峰以及Givental独立证明，它解决了代数几何中遗留了上百年的舒伯特（Schubert）计数问题。基于Calabi-Yau流形的基本结构，著名超弦学家威滕、瓦法（Vafa）等人发展的Chern-Simons与拓扑弦对偶理论给出了黎曼面模空间中许多奇妙的公式，如Marino-Vafa公式给出了无穷多个模空间积分的组合闭公式，此猜想由刘秋菊、周坚与刘克峰一起证明。可以说Calabi-Yau流形早已成为弦论学家们必不可少的魔匣，利用它，他们不断地变换出令人炫目的猜想，这已经成为数学与理论物理发展的潮流，至今方兴未艾。[1]
- 参考资料
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