基于时空 Riemann 曲率的引力波探测器响应

引力波探测器通常被描述为对引力波度规扰动做出响应，而度规扰动是依赖于规范且相应地非物理的量。对于地面干涉探测器（如 LIGO）、空间探测器（如 LISA 及其衍生型号）、航天器多普勒跟踪探测器以及脉冲星计时阵列探测器而言，情况尤其如此。基于非物理度规扰动来描述引力波及其探测器响应，导致了关于这些探测器工作原理的大量错误类比和描述，并引起了对引力波物理特性的真正误解。在此，我们利用 Riemann 曲率（广义相对论中描述引力现象的物理量），提供了一类广泛引力波探测器响应的完全物理且规范不变的描述。在高频引力波极限下，Riemann 曲率分离为两个独立的规范不变量：“背景”曲率贡献和“波”曲率贡献。在此极限下，引力波对探测器响应的贡献简化为沿探测器组件间未受扰动光子路径的引力波曲率贡献的积分。此处提出的描述提供了关于引力波探测器测量内容及其工作原理的明确物理描述，提供了一种计算因探测器整体运动而引起的响应修正的简便方法，提供了一种将数值相对论模拟结果与引力波探测相连接的直接途径，并为通用且完全相对论性的脉冲星计时公式奠定了基础。