科学需要这样的理论

科学上有许多理论，都是可以验证的。爱因斯坦的广义相对论得到了验证，孟德尔的遗传理论得到了验证，光的波粒理论同样也得到验证。所谓验证，就是用实验证明理论的正确性。但是，科学上有些理论不仅没有验证，而且还无法验证。这种理论，确切地说应该是一种假说。假说用理论上的逻辑推理告诉人们，常常很吸引人。被许多人接受的假说，似乎又成了科学的理论。但这种理论是无法验证的。美国密执安大学的两位天文学家弗雷德·亚当斯和罗格利·拉夫兰提出了"宇宙的长期命运与演化"理论，就是一个无法验证的理论。他们认为宇宙也会消亡，当然这…     

利用人造行星验证广义相对论

1916年爱因斯坦建立的广义相对论依靠了两大支柱:等价原理和引力理论。等价原理在实验室中,通过测量引力质量与惯性质量之比为一常数,已经被证明是成立的,其精确度达到10~(-12)。但对引力理论的验证,在地面上虽然通过观测高密度星体得到了与广义相对论预言相符合的结果,但用实验方法进行验证还几乎没有进行过。     

是到了抛弃相对论的时候了吗?

广义相对论的成功深深留在了我们的现代世界中.确实,大多数太阳系和天文现象仍然是以牛顿古老的万有引力理论计算的,但是,我们离开我们的GPS设备将不知身处何处,这种设备仅对广义相对论的影响做一次校正. 广义相对论已经在太阳系,以及引力场极强的脉冲星双星系统中经过高精度测试,但是,从来没有在引力很弱的大尺度下测试过.或许,在那里暗物质和暗能量的双重困窘遮掩了广义相对论的失败?     

广义相对论是怎样被验证的

爱因斯坦提出广义相对论之后,绝大多数科学家都不相信这个理论,因此必须提出验证的方法.爱因斯坦当时就指出,通过测量和计算行星轨道近日点的进动,引力场中光线的弯曲,星系光谱线的引力红移等三项观测和实验可以验证广义相对论.后来科学家又从雷达回波延迟和脉冲双星观察等实验也证实了广义相对论的正确性.     

晚期恒星与广义相对论

爱因斯坦的科学成就是多方面的。但是,他的最主要、最重大的贡献是创立了狭义相对论和广义相对论。广义相对论,从一开始就与天文学、天体物理学紧密地联系在一起。广义相对论的三大验证,首先从天文学得到。水星近日点的进动本身就是一个天文学问题。光线在引力场中弯曲是这样验证的:在日全食     

黑洞,白洞,交相衬映

黑洞，一种看不见的特殊天体，却蒙上了一圈又一圈的神秘“光环”，令人捉摸不透、莫测其高深。公众谈论黑洞，不免带有几分猎奇的心理；科学家搜索黑洞，着眼于检验理论预言的正确性。我们则认为，黑洞探讨之所以成为热门课题，是因为它显露了广义相对论这块“美玉”之微瑕；为促使时空理论的新世纪发展，冀望由此而找到合适的突破口。诚然，瑕不掩瑜，广义相对论历来被赞誉成“理论物理中最典雅的艺术杰作”。既存在黑洞、又存在白洞，是根据广义相对论（1916年）而作出的猜测；不过，“黑洞”、“白洞”等简明术语，晚至六、七十年代才采…     

引力异常之谜

广义相对论以及在弱场近似下的牛顿引力理论是目前在物理学和天文学中经常用到的现代引力理论。经过长期、大量的实验验证,已经很少有人去怀疑它们的正确性。但是,随着研究的日益深入,现代引力理论面临着越来越严峻的挑战和考验。这主要表现为,近年来所探索的一些重大课题,诸如将量子理论与广义相对论结合起来的努力,自然界四种基本相互作用的统一,宇宙学的奇点的消除等都碰到了困难。有人曾经断言,如果不对现有的理论进行修改和补充     

探究广义相对论一百年

正整整一个世纪里,爱因斯坦的广义相对论彻底变革了人类对宇宙的想象。我们在此回顾了从爱因斯坦1915年提出这项理论起,广义相对论在百年间经历的关键时刻。阿尔伯特·爱因斯坦对当代物理学的贡献无人可敌,但他的主要声誉全都建立在他于1915年11月以系列讲座形式向柏林普鲁士科学院提交的一项理论上。基本上,广义相对论是一项关于引力的理论。但它不仅解释了塑造出大尺度实体的引力是如何运作的,还彻底变革了人类的世界观。     

行星运动的后牛顿效应

早在广义相对论建立初期,人们就注意到了它对行星运动的影响。著名的水星近日点进动就是作为广义相对论的三大验证之一受到人们的注意。显然,行星运动中的后牛顿效应远不止这一项。只是当时定位观测和历表理论的精度都较低,由后牛顿效应引起的其他影响可略去不计。随着观测技术的改善和空间科学的发展,近年来大行星的运动理论有了长足的进步。当前的几种主要理论其相对精度已达10~(-8),也就是说到了公里量级。因此,后牛顿效应     

广义相对论及其实验基础

阿尔贝特·爱因斯坦是当代最伟大的物理学家.他在1915年创立的广义相对论是关于时间空间性质与物质及其运动相互依赖关系的学说,是建立在广义协变要求和黎曼几何基础上的引力理论和宏观物质运动理论。这一理论不仅对牛顿力学的核心内容(牛顿动力学和万有引力公式)给予了统一和深刻的解释,还预言了牛顿力学所不能解释的新的引力效应,并为以后的实验所证实。广义相对论就其创造性和理论内     

广义相对论的第五个实验检验

美国斯坦福大学打算于1990年进行绕地轨道上的陀螺仪的进动实验——广义相对论的第五个实验检验,自从爱因斯坦于1915年提出广义相对论以后,在近七十年之中已进行了四个经典实验验证。早期提出的广义相对论的三大经典实验验证是光谱线的引力红移、太阳引起的光线编折和内行星轨道近日点的进动,     

爱因斯坦的里程碑

<正>自阿尔伯特·爱因斯坦提出广义相对论的近一个世纪以来,科学家们基于他的理论取得了喜忧参半的成果。1914年:相对论和第一次世界大战爱因斯坦向科学界投出了一枚重磅炸弹——广义相对论,这枚"炸弹"的威力要远胜于真实的炸弹。第一次世界大战极度地限制了科学家分享想法以及实施对于检验广义相对论的关键性实验。一战时期,当时在俄国前线任职炮兵军官的德国物理学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)就试图尝试对相对论的理论进行检验。史瓦西的工作描     

引力规范理论的无挠真空解

最近在文献[1]中提出了引力规范理论的一种方案。随后,在文献[2]中证明了广义相对论的真空解全部是文献[1]中引力规范理论的无挠真空解,反过来又证明了这种新理论在某些特殊情形下的无挠真空解必为广义相对论中相应的真空解。本文在此基础上进而考虑Weyl张量的所有各种类型,求得引力规范理论无挠真空解化为广义相对论真     

编者按

<正>2015年是爱因斯坦提出广义相对论100周年.广义相对论的提出是人们对时间、空间和引力本质认知质的飞跃.100年来,广义相对论经历了时间的考验,从亚毫米到太阳系的尺度,广义相对论得到了精确的检验.甚至在宇宙学的尺度上,该理论也得到了检验.广义相对论对引力理论、相对论天体物理和现代宇宙学的发展起到了极其重要的作用.广义相对论最惊奇的预言之一是黑洞的存在.现代天文观测表明银河系中就存在这种非常特殊的天体.     

关于黎曼曲率张量的一种物理描述

爱因斯坦的广义相对论被认作20世纪最卓越的引力理论。它的表示体系的数学形式,是抽象的黎曼几何及其张量分析,因其艰涩难懂,热衷者不多;特别由于它的实验验证事实只有水星近日点进动、光线偏转等寥寥几个,而且又都是大尺度上的天文观测,并非轻而易举,因此长期以来,人们对爱因斯坦赋予广义相对论的抽象数学形式的物理思想尚未深信不疑。时     

宇宙演化探索的科学意义

倘若把广义相对论喻作由许多宝石镶嵌成的漂亮皇冠，那末这皇冠折射出的闪烁光芒就幻化为现代宇宙学的一轮又一轮美丽光环，令人目眩神驰。玻恩言道：“广义相对论的重要性见诸于：它在宇宙学里掀起了一场革命：”这场革命导致相对论宇宙观“深入人类思想的基本概念结构”；当然，此观念是相对论时空观的延续和拓宽：     

揭开宇宙奥秘的”钥匙”

<正>英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金曾表示:"引力波提供了一种人们看待宇宙的全新方式。(人类)探测到引力波的这种能力,很有可能引发天文学革命。"由此可见,引力波探测对于天文学家和物理学家而言,有着至关重要的意义。首先,对引力波的研究可以加深物理学家对广义相对论的理解。广义相对论在对一些强引力天体系统的精确描述中,起到关键性的作用。在这些强引力系统中,牛顿力学不再适用,我们只能使用广义相对论来研究它们。通过对     

具有启发性的广义相对论

在国庆十周年之际，我曾奉命陪同来访的波兰贵宾、物理学家因费尔德（L．Infeld）。因费尔德曾是爱因斯坦的合作研究者，他们合著的科普书《物理学的进化》影响广泛。当我提到广义相对论不如狭义相对论或量子力学那样有许多科学检验和效益时。他说广义相对论仍是一个启发性的理论（stimulating theory）。我对他的看法深以为然，在这次会上由我自己发言来展示这一点，因为受到同样“刺激”不同人的反应不尽相同。     

美哉物理(二)黑洞、白洞交相衬映

黑洞,一种看不见的特殊天体,却蒙上了一圈又一圈的神秘"光环",令人捉摸不透、莫测其高深.公众谈论黑洞,不免带有几分猎奇的心理;科学家搜索黑洞,着眼于检验理论预言的正确性.我们则认为,黑洞探讨之所以成为热门课题,是因为它显露了广义相对论这块"美玉"之微瑕;为促使时空理论的新世纪发展,冀望由此而找到合适的突破口.诚然,瑕不掩瑜,广义相对论历来被赞誉成"理论物理中最典雅的艺术杰作".     

哈密顿原理——科学美学的瑰旨琦意

物理学中最基本的原理是什么?哈密顿原理。名量子物理学家狄拉克曾十分推重这条原理。因为它具有普适性，也就是说，它反映了物理学各不同理论的同一性。不论是牛顿力学、麦克斯韦电动力学、玻尔兹曼统计力学，还是狭义相对论、广义相对论，抑或量子力学以及一些量子场论，它们的核心方程，