膨胀宇宙中的柱面引力波：显式脉冲解

引力波和拖曳效应

Gravitational waves and dragging effects

研究了纯真空时空中引力波对局域惯性系的线性和转动拖曳效应。首先研究了由简单圆柱脉冲引起的线性拖曳。令人惊讶的强烈的横向效应的脉冲表现出来。定义了柱对称时空中的角动量，并与文献中的一些结果进行了比较。在主体部分中，发展了研究具有平移对称性但不具有轴对称性的携带角动量的弱引力波的一般方法。经过适当的平均后，由于这种旋转波而引起的局部惯性系的旋转可以明确地计算出来并用图形表示出来。这一点在所附文件中有详细说明。最后，给出了强柱面波与小角动量旋转宇宙弦相互作用时的旋转拖曳。

Cylindrical gravitational waves: C-energy, super-energy and associated dynamical effects

The energy content of cylindrical gravitational wave spacetimes is analyzed by considering two local descriptions of energy associated with the gravitational field, namely those based on the C-energy and the Bel-Robinson super-energy tensor. A Poynting-Robertson-like effect on the motion of massive test particles, beyond the geodesic approximation, is discussed, allowing them to interact with the background field through an external force which accounts for the exchange of energy and momentum between particles and waves. In addition, the relative strains exerted on a bunch of particles displac…

旋转引力波引起的惯性系旋转

Inertial frame rotation induced by rotating gravitational waves

我们计算了惯性系在一个几乎平坦的圆柱形区域内的旋转，该区域被围绕圆柱极坐标轴旋转的非轴对称引力波脉冲所包围。我们的时空只有一个杀戮矢量。它沿着z轴和超曲面正交。我们求解爱因斯坦方程的一阶波振幅和叠加这种线性化的解决方案，以形成一个波脉冲。然后，我们解决了相关的爱因斯坦方程的振幅二阶找到惯性系的旋转所产生的脉冲。旋转没有时间延迟。引力波角动量对惯性系的影响表明，马赫原理不能仅用应力-能量-动量张量的影响来表示，而必须同时考虑引力波能量和角动量的影响。

Construction and application of variations on the cylindrical gravitational waves of Weber, Wheeler, and Bonnor

To clarify certain nonlinear properties of strong gravitational field, we investigate cylindrically symmetric gravitational waves that are localized as regular wave packets in the space of radial and time coordinates. The waves are constructed by applying a certain kind of harmonic mapping method to the seed solutions with linear polarization, which are generalizations of the solution representing a cylindrical gravitational pulse wave discussed by Weber-Wheeler and Bonnor. The solutions obtained here, though their form is rather simple, show occurrence of strong mutual conversion between a li…

与精确辐射时空有关的某些高频引力波

Some high-frequency gravitational waves related to exact radiative spacetimes

本文介绍了一种既能描述标准线性化波又能描述Isaacson高频极限下的引力波的形式。在强调了两种近似方法的主要区别后，我们将Isaacson方法推广到非真空时空。然后，我们提出了三大类显式解的高频引力波在特定的背景。这些包括非膨胀波（平面、球面或双曲面）、柱面波和膨胀波（球面），它们在可能包含宇宙学常数和电磁场的各种宇宙中传播。这些类型的高频引力摄动的关系，相应的精确辐射时空的描述。

脉冲柱面引力波：宇宙弦辐射的一种可能形式及其电磁响应

Impulsive cylindrical gravitational wave: one possible radiative form emitted from cosmic strings and corresponding electromagnetic response

宇宙弦可能是引力波的重要源之一，由于其特殊的性质，如柱对称性，一直是人们研究的热点。CS将不仅产生通常的连续GW，而且还产生脉冲GW，其带来更集中的能量，并且由同时广泛覆盖低、中、高频段的不同GW分量组成。这些功能可能会根据有趣的电磁（EM）响应这些GWs所产生的CS。本文首先利用严格的Einstein - Rosen度规，计算了由脉冲圆柱巨阱（可能是CSs发射的一种形式）与背景天体强磁场或宇宙学背景广布磁场相互作用所产生的扰动电磁场的解析解，得到了新的结果和效果。结果表明：扰动电磁场也具有与GW脉冲一致的脉冲形式，扰动电磁场的渐近行为与相应的脉冲圆柱GW的能量密度、能流密度和黎曼曲率张量的渐近行为完全一致。解析解自然地产生了与距离项^[1/2]成正比的累积效应，基于此，我们首次预测了CS对GWs的电磁响应在地球区域可能引起的可观测效应。

膨胀宇宙中引力波的群速度

Group velocity of gravitational waves in an expanding universe

研究了平坦Friedman-Robertson-Walker宇宙中引力波的群速度。对于波长在视界内的平面波，以及充满压力与密度比小于1/3的理想流体的宇宙，群速度大于光速。结果，在物质/暗能量占主导地位的时代，一个平面脉冲的引力波在宇宙中传播，到达观察者，峰值移向最前沿。对于位于可观测宇宙边缘的螺旋形超大质量黑洞所发射的引力波，在非平面性效应被抑制后，其典型的位移保持在10皮秒的量级。

爱因斯坦-以太理论中的柱面引力波

Cylindrical Gravitational Waves in Einstein-Aether Theory

该研究在爱因斯坦-以太（EA）理论中推导柱面对称引力波动方程，发现其度规函数均为时间周期性且波速无上限，与广义相对论（GR）存在频漂和光速传播等差异，为区分两理论提供观测特征。

Rotation of inertial frames by angular momentum of matter and waves

We elucidate the dynamics of a thin spherical material shell with a tangential pressure, using a new approach. This is both simpler than the traditional method of extrinsic curvature junction conditions (which we also employ), and suggests an expression for a `gravitational potential energy' of the shell. Such a shell, if slowly spinning, can rotationally drag the inertial frames within it through a finite angle as it collapses and rebounds from a minimum radius. Rebounding `spherical' and cylindrical pulses of rotating gravitational waves were studied previously. Here we calculate their angul…

Levi-Civita时空中的引力孤子

Gravitational solitons in Levi-Civita spacetime

将Pomeransky逆散射方法应用于四维真空Einstein方程，利用Levi-Civita解作为种子，构造了一个柱对称单孤子解.虽然Levi-Civita时空的对称轴上一般都有奇点，但对于所得到的单孤子解，通过选择某些特殊的参数，可以去除这些奇点。这个单孤子解描述了非线性圆柱形引力冲击波脉冲而不是孤子波的传播。通过分析波的振幅和偏振角的时间依赖性，给出了单孤子解的物理描述。

光的引力性质. laser脉冲的引力场

Gravitational properties of light - The gravitational field of a laser pulse

本文在线性引力的框架下研究了有限寿命激光脉冲的引力场。虽然影响非常小，但它们可能具有基本的物理意义。结果表明，线偏振光脉冲的引力场被调制为相应的电场强度的范数，而没有调制产生的圆偏振。一般情况下，引力场与极化方向无关。结果表明，所有的物理效应都局限于以光速膨胀的球壳，并且这些球壳与脉冲的发射和吸收有关。附近静止的测试粒子由于脉冲的发射而被引力场吸引向脉冲轨迹，并且由于其吸收而被引力场从脉冲轨迹排斥。例子给出的吸引力效应的大小。它是恢复，无质量的测试粒子不经历任何物理效应，如果他们是共同传播的脉冲，和无质量的测试粒子的加速度相对于脉冲反向传播是四倍强于静止的大质量粒子。指出了激光脉冲的引力效应与二维牛顿引力的相似之处。接近脉冲的时空曲率与来自天文源的引力波引起的时空曲率进行了比较。

Einstein-Rosen Waves and the Geroch Group

Under the action of the Geroch group, the Minkowski metric can be transformed into any vacuum metric with two commuting Killing vectors. In principle, this reduces the problem of deriving vacuum metrics with two commuting Killing vectors to pure algebra. In this short note, we use these facts to give a purely algebraic derivation of the Einstein-Rosen metric, which describes a cylindrical gravitational wave. Our derivation has a straightforward extension to gravitational pulse waves.