[发明专利]一种引力场传播速度的测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及引力传播速度的测量技术，更具体地说是涉及一种引力场传播速度的测量装置及其方法。

背景技术

卡文迪许实验告诉我们，有质量的物体相互之间有吸引力，这种吸引力就是引力。牛顿万有引力理论认为引力的作用是瞬时的，而爱因斯坦的广义相对论认为引力的作用是以引力场的形式传播的，这个传播速度并不是无穷大，而是光速。但是在现有技术中人们并没有在地球上采取任何的方法来测量过引力的传播速度。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种引力场传播速度的测量装置及其方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

根据本发明的一方面，提供了一种引力场传播速度的测量装置，包括两个设于陆地上的卡文迪许扭秤以及设于海面上的万吨级油轮，所述两个卡文迪许扭秤的方位相同，所述两个卡文迪许扭秤设于同一水平线上，所述万吨级油轮作往返运动使得两个卡文迪许扭秤受迫振动，还包括激光光源、分光计、反光镜以及光屏，所述反光镜固设于卡文迪许扭秤的扭丝上，所述反光镜的反射面与卡文迪许扭秤的摆球在同一个平面上；所述分光计至反光镜的距离相等，所述分光计接收激光光源发出的激光信号，并将该激光信号分成两路光路射向反光镜，所述光屏用于检测经反光镜反射的光路的干涉条纹。

所述分光计射向反光镜的两路光路的夹角为90度

根据本发明的另一方面，还提供了一种引力场传播速度的测量方法，该测量方法的具体步骤为：

A.将两个卡文迪许扭秤中的一个设为参照扭秤，另一个设为测量扭秤；

B.通过万吨级油轮往返运动使得两个卡文迪许扭秤产生扭动；

C.通过参照扭秤确定参考偏转角；通过光屏确定在参考偏转角下反光镜的发射光路产生的实际干涉点；

D.在测量扭秤扭转的偏转角与参考偏转角相同的状态下，通过光屏确定该状态下反光镜的发射光路产生的理论干涉点；

E.以测量扭秤上反光镜的中心为原点建立笛卡尔坐标系，确定实际干涉点的坐标值以及理论干涉点的坐标值；

F.计算实际干涉点与原点连成的直线以及理论干涉点与原点连成的直线所构成的光路夹角；通过光路夹角计算测量扭秤产生实际干涉点时的偏转角与测量扭秤产生理论干涉点时的偏转角所构成的偏转差角；

G.通过偏转差角以及扭秤处于稳定运动状态的运动方程获得万吨级油轮产生的交变引力场到达两个卡文迪许扭秤的时间差；通过两个卡文迪许扭秤之间的距离以及时间差获得交变引力场的传播速度。

所述步骤C中的参考偏转角为参照扭秤受万吨级油轮的交变引力场影响而产生的最大偏转角。

与现有技术相比，采用本发明的一种引力场传播速度的测量装置及其方法，利用了卡文迪许实验装置原理，通过将万吨级油轮作为信源作往返的运动，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不同，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。通过本发明对引力传播速度的测量能够判断是否引力传播速度大于光速。

附图说明

图1是本发明的一种引力场传播速度的测量装置的结构示意图；

图2是图1中卡文迪许扭秤的结构示意图；

图3是本发明的测量方法的实施例的光路示意图；

图4是图3中的测量扭秤以及反射光路的放大示意图；

图5是卡文迪许扭秤处于稳定运动状态的振动方程的波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明的原理是将卡文迪许实验进行放大，将大质量的球换成一艘在海面上行驶的万吨级油轮，将扭秤和小质量的摆球放大，再增加一个扭秤，并使两个扭秤相距一段很长的距离。油轮的来回行驶使得扭秤上的摆球受到油轮的引力作用会使扭秤来回摆动，由于两扭秤相距一段距离，若引力是有限速度传播的，那么两扭秤的摆动会有一个相位差，即一个时间延迟，两扭秤相距的距离除以这个时间延迟就是引力传播的速度。时间延迟可以通过在扭秤的中央放置一块平面镜，利用光干涉法来测。