非闵氏时空电磁场计算及其应用研究

Computational electromagnetics is based on Maxwell’s equations in Minkowski spacetime, it has been relatively mature. With the development of human technology, the electromagnetic characteristics in the gravitational field has gradually come into people's research field of vision. The theoretical basis of research on this kind of problem are Maxwell's equations in non Minkowski spacetime, and computational electromagnetics relates to this field has just started. Due to the current experimental research on the electromagnetic characteristics in the gravitational field is high, it is a better choice to develop numerical calculation method for electromagnetic field in general space time. The development of the algorithm not only improves the theory of computational electromagnetic, but also has great significance for the national space exploration, space communications and astronomy research. In this project, finite volume time-domain method in Minkowski spacetime will be extended to general space time, and it is used for the calculation of the electromagnetic field in the gravitational field and research on influence of gravity on electromagnetic characteristics.

计算电磁学一直以闵氏时空的麦克斯韦方程组为基础，已经相对成熟。随着人类技术的发展，引力场中的电磁特性逐渐进入人们的研究视野。研究这类问题的理论基础是非闵氏时空的麦克斯韦方程组，而涉及该领域的计算电磁学才刚刚起步。由于目前对引力场中电磁特性进行实验研究成本较高，因此开发一般时空中的电磁场数值计算方法成为更好的选择。该算法的开发不仅完善了计算电磁学的理论，而且对于国家太空探索、宇宙通信以及天文学研究都具有重大意义。本项目将闵氏时空的时域有限体积法推广到一般时空，并将它用于计算引力场中的电磁场，研究引力对电磁特性的影响。

闵氏时空的计算电磁学已发展到成熟的阶段，而非闵氏时空的计算电磁学才刚刚开始。这是一个崭新的领域，将会有极大的发展空间。仅有闵氏时空的计算电磁学不能称之为完整的计算电磁学，发展一般时空的计算电磁学正是让这一学科成为完整的学科，因此具有重大理论意义。而在应用方面，随着太空科技的发展，人类已经进入外太空探索。而外太空强引力场中的电磁波特性与地球上是不一样的，这势必会影响宇宙通信。强引力场中的电磁波传播、散射等问题都是需要研究的重要课题。另外，天文学中星体的辐射以及星光传播也是重要研究课题，这也离不开广义相对论背景下的电磁理论。本项目将平直时空中的计算电磁学方法成功地扩展到弯曲时空，开发出一套能够计算引力场中电磁传播与散射的软件包。