一颗恒星的死亡重播

<正>除了极小一部分空间外,宇宙中遍布着引力,它们无处不在。在强大的引力场中,光线也会发生弯曲,而一个巨大的星系或者星团,就能让宇宙中的星光"不走寻常路"。1915年,伟大的阿尔伯特·爱因斯坦提出了现代物理学的奠基之作——广义相对论。其中,爱因斯坦预言了一种现象——由于时空在大质量天体附近会发生畸变,使光线在大质量天体附近发生弯曲(光线沿弯曲空间的短程线传播)。如果在观测者到光源     

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     

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     

广义相对论将再次经受实验考验

美国斯坦福大学研制一种人造卫星专用随航装置。引力仪-B”来检验两种至今末被证实的广义相对论效应。所说的是旋转陀螺仪的变化过程。根据经典物理学定律,在转动时陀螺仪轴线方向在重力场中是不变的。但是根据广义相对论,它应该发生进动,因为转动发生在弯曲的时空中间。广义相对论曾     

封面说明

<正>"天空中最重的天体是看不见的",早在爱因斯坦提出广义相对论以前法国的数学家和物理学家拉普拉斯曾经这样说过.1916年德国的施瓦西(K.Schwarzschild)得到了第一个爱因斯坦引力场方程的精确解.它描述了一种特殊天体——黑洞.物质可以通过黑洞的边界(一个单向膜)掉入黑洞,而黑洞内的物质无法穿过这个单向膜跑到黑洞外.直到1967年"黑洞"这一术语才由美国的物理学家惠勒(J.Wheeler)提出,现在被广泛使用,它是广义相对论最惊奇的预言.一个大于3倍     

反引力——一个狂妄的想法?

引力(或曰万有引力)是自然界中普遍存在的一种力,人类得以站在旋转的地球上从事各项活动,而不至于堕入茫茫太空,正是凭借着引力的作用.在古代神话和现代科学幻想小说中常常有抵消引力的描述.然而,在当代最有效的引力理论——爱因斯坦的广义相对论中几乎没有容许反引力存在的余地.不过,许多物理学家相信,广义相对论的引力理论尽管取得了成功,但     

宇宙是个放大镜

爱因斯坦广义相对论中关于"宇宙放大"的预言被证实 2005年是"爱因斯坦年"在全球科学界纪念爱因斯坦逝世50周年和爱因斯坦广义相对论提出100周年之际,参与"斯隆数字化巡天观测"的美国天文学家通过对大约20万颗类星体以及1 300万个星系的研究发现:爱因斯坦广义相对论中关于宇宙放大现象的观点的确有据可依,整个宇宙其实就是一个巨大的放大镜,光线是可以弯曲的.     

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.     

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,     

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.     

广义相对论的新验证设计

爱因斯坦的广义相对论创立至今,已经先后经过了水星过日点进动、光线在太阳附近引力场中的弯曲、光谱的引力红移、雷达波传播途经太阳引力场往返时间的延缓、引力波的接收、爱因斯坦万有引力透镜观察星体的多重影像等几次实验检验。虽然说其中的有些检验精度不是很高,特别是引力波的重复接收实验至今未果,但是在检验条件允许的误差范围内,广义相对论所预言的几个效应还是存在的。不仅如此,爱因斯坦的广义相对论还直接导致了现代宇宙学的诞生。现代宇宙学的发展与广义相对论的验证紧密相连。现在,中国天体物理学家提出了"随宇宙初始的膨胀惯性,     

宇宙学:从Robertson到今天

把罗伯特近(Howard Percy Robertson)对宇宙学的杰出贡献提给这次纪念讲演,对我来说是一个巨大荣誉,这感受,通过阅读罗伯特逊过去的优秀作品目录而进一步增强了。要评价罗伯特逊的工作,就必须了解其背景。爱因斯坦创立了广义相对论,它是现代的引力理论。在这理论中,引力和宇宙学都被几何化了。爱因斯坦本人想象了一个空间上封闭的、时间上独立的宇宙。弗里德曼(Alexander Friemann)找到了——或者说猜到了——爱因斯坦方程的一个非静止的宇宙解。哈勃(Edwin P.Hubble)关于遥远星系红移的发现,进一步证实了这样的观念,即宇宙通过其膨胀而进化。     

爱因斯坦并不是孤独的天才

正鲜为人知的年轻同事帮助了爱因斯坦完成了广义相对论,两位科学史教授米歇尔·詹森(Michel Janssen)和于尔根·雷恩(Jürgen Renn)解释道。一个世纪前的1915年11月,阿尔伯特·爱因斯坦在柏林普鲁士科学院的会议文集上发表了仅4页的广义相对论短文。这个具有里程碑意义的理论通常被看作是一位孤独天才的工作。事实上,爱因斯坦接受了大量朋友和同事的帮助,其中大多数人并不为人所     

一种现实单极子和双荷子的渐近平直的引力场

早期宇宙中的相变可导致各种各样的拓扑缺陷。拓扑缺陷的类型决定于真空流形的拓扑结构,特别是,当同伦群π_2(G/H)非平庸时,拓扑稳定的单极子解便存在。这种由于规范对称性破缺而形成的单极子与基本粒子很相似。如果我们在广义相对论中来考虑这些单极子,那么按照其对称性,他们的非零能-动-张量将使时空发生相应的弯曲。     

引力波探测的科学意义

<正>前面所载三篇文章原刊于今年3月6日发行的美国《科学》杂志,系该刊为纪念爱因斯坦创建广义相对论100周年而发,其内容涉及引力波及其探测问题。爱因斯坦于1913年确定广义相对论的纲要,于1915年建成此理论体系,其总结性论文《广义相对论基础》则于1916年发表。1918年,爱氏凭藉对广义相对论的引力场方程积分的近似方法,推导得出引力场的平面波近似解,从而作出引力波存在的科学预言。但是,能否导出引力场波动的严格解,曾一度为人们所怀疑,甚至也引起爱氏本人的疑虑;1936年,爱     

事件视界望远镜对近邻星系M87中心超大质量黑洞的成像观测

<正>2019年4月10日21时,天文学家公布了人类首次拍摄到的近邻椭圆星系M87中心黑洞在1.3 mm波段的成像观测结果,看到黑洞视界的阴影,直接证明了黑洞的存在.黑洞是广义相对论关于时空和引力理论的伟大理论预言.直接证明黑洞的存在,不仅可以检验广义相对论的正确性,而且可以研究黑洞强引力场中的物理过程,解释相应的天文现象.黑洞与其他天体最本质的区别是它存在事件视界.事件视界是黑洞周围弯曲时空中的一个单向的、与外部观     

太空突破:人类捕获首张黑洞照片

<正>天文学家捕获首张黑洞照片,开启了人类对宇宙中最神秘天体的一场认知革命。照片显示了一个由尘埃和气体构成的光环,勾勒出了一个巨大黑洞的轮廓,这个黑洞位于距离地球5 500万光年外的大质量星系M87中心。什么是黑洞?100多年前,爱因斯坦提出广义相对论,把引力视为由物质和能量造成的时空弯曲,最早预言了黑洞的存在。     

几种主要的宇宙学模型

尽管研究宇宙整体的结构、运动和演化是自古以来人类最关心的课题之一,但是直到正确的引力理论建立以前,获得科学的宇宙理论是不可能的.牛顿的引力理论在研究一般天体运行的问题上是强有力的,并且与观察符合得相当好.但在考虑宇宙学问题时却出现了许多不可克服的困难.爱因斯坦的广义相对论是更完善的引力理论,1917年他的著名论文《用广义相对论对整个宇宙的考察》通常被认为是近代宇宙学在理论上的先声.在该文中他第一次提出了有限无边的宇宙模型,向传统的时空观提出了挑战.在广义相对论的影响下,许多其他的引力理论纷纷被提出,并出现了各式各样的宇宙模型。1929年,哈勃(Hubble)发现了星系的视星等与     

白洞

宇宙中存在黑洞已经是天界公认的事实，而且知道这种奇特的天体深藏于星系热核的内部，可以吸收靠近它的任何物质。黑洞的概念是从爱因斯坦的广义相对论推导出来的，真实的黑洞被认为是恒星的坟墓，在那里时空明显向黑洞弯曲。研究表明在爱因斯坦方程中还可能隐含一个更加奇特的时空弯曲：与黑涧的性质相反，天学家称之为“白洞”。     

迎接天文新时代

100年前,爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实,唯有引力波一直徘徊在科学家的“视线”之外。美国科学家在2016年2月11日宣布,人类首次直接探测到了引力波。这是人类第一次能够“听”到宇宙的“声音”。它的发现是物理学界里程碑式的重大成果。过去,宇宙以光的形式向人类传递了太多信息,而如今,引力波在时空中向我们传递着类似声音般的新信息。引力波的发现,很有可能改写物理课本,它带给科学家和人类今后无穷的想象。正如著名理论物理学家斯蒂芬.霍金所说,“人类探测到引力波的这种能力,很有可能引发天文学革命。这提供了一种人们看待宇宙的全新方式！”