美哉物理(十五)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。科学家对宇宙整体时空结构和宇宙演化的八、九十年探索,为现代宇宙学注入了丰富的真理素养和臻美意念,使其具有深厚的科学意义,并成为当代科技最具魅力、最有发展前途的前沿领域之一。茫茫玉宇谁主沉浮宇宙是个神秘的研究对象。任何…     

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.     

相对论的百年辉煌(上)

时间、空间，当然属于少数几个最基本科学概念的行列；而作为现代时空理论的相对论，于1905年突兀登上科学舞台，即便成为一个光采绝伦的主要角色，参与了科学史诗的百年辉煌演绎。相对论之父爱因斯坦，从延拓相对性原理的涵义着手，先后缔造了相对论的狭义、广义两个理论层次，同时创立了内含丰盈的相对论时空观念。相对论宇宙学乃广义相对论向字观世界的扩展，     

广义相对论和引力理论的变革--相对论百年札记之二

发端于百年前的爱因斯坦相对论体系。包括狭义相对论、广义相对论和宇宙论，引起有关空间和时间、物质和运动、引力和宇宙等领域一系列重大进展。当前这个体系却面临着变革。有关暗宇宙观测数据的分析，是以爱因斯坦场方程和宇宙学原理为基础的。然而，结果却向以相对论和量子理论为基础的现代物理学提出重大疑难。这是物理学面临的空前挑战。     

宇宙是个放大镜

现代宇宙学,是爱因斯坦创立广义相对论后,把广义相对论应用于宇宙学研究而开创出来的。在全球科学界纪念爱因斯坦逝世50周年之际,美国天文学家对他100年前提出的广义相对论的一个推论进行了首次印证。     

对《广义相对论的前提分析与修正——兼论狭义相对论引力动力学》一文的几点看法

本文对甘为军同志《广义相对论的前提分析与修正—兼论狭义相对论引力动力学》一文中提出的观点,就建立理论的必要性、物质的概念、马赫原理、惯性质量与引力质量及“(?)”型动量场等问题提出了自己的看法。甘为军同志的《广义相对论的前提分析与修正—兼论狭义相对论引力动力学》一文,对广义相对论的理论体系进行了分析,对广义相对论以之为基础的基本概念和原理的合理性进行了论证,提出了狭义相对论引力动力学的逻辑体系,希望把它作为广义相对论和量子引力理论的更可靠的基础。我在阅读了甘为军同志的文章后,在几个问题上有些不同的看法,与甘为军同志讨论,并请甘为军同志指正。     

五十年来的相对论学说

今年是从古以来最伟大的科学家之一,阿尔柏特·爱因斯坦,逝世的一年。今年是他的伟大的工作,相对论,产生的第五十周年。这二个同时来到的事件,将我们的注意力集中到他在人类思想史上的独特的成就上去。今天的物理学家把相对论学说看作经典的学说,相对论争论的时代似乎久已过去了。这种看法对於狭义相对论学说是正确的,但是对於广义相对论学说倒不见得是十分正确的。在这裏我要从1921年劳埃教授发表的“广义相对论”一书的序言中引用两句话:     

宇宙演化的奇思妙想

星空和宇宙的奥秘,自古以来吸引着人们,许多学者为探索这一奥秘的科学真理付出了毕生的心血甚至生命。1916年,现代物理学的奠基人爱因斯坦用广义相对论揭示了时间和空间的辩证关系;1919年,爱因斯坦又发表了《根据广义相对论对宇宙学所作的考察》一文,这篇论文成为现代宇宙学的奠基之作。     

爱因斯坦相对论的古怪逻辑

1905年，当26岁的爱因斯坦还是一个名不见经传的瑞士专利局职员时，他就完成了五篇论文，其中一篇《论动体的电动力学》是关于狭义相对论的。1916年，他又发表了内容更加精深的广义相对论。这些都是划时代的文献，通过它们，爱因斯坦用崭新的相对论“时-空”观替代了牛顿的经典“时-空”观。相对论问世以后，在科学界引起巨大反响，许多著名物理学家和天文学家纷纷研究它、应用它。如今，经过全世界科学家的广泛研究和发掘，相对论得到了巨大的发展，而且还衍生出了许多有趣的故事。本文介绍其中最著名的“孪生子佯谬”、“外祖母佯谬”等，同时也对“时间旅行”和爱因斯坦本人作简要介绍。[编者按]     

宇宙演化的奇思妙想

星空和宇宙的奥秘,自古以来吸引着人们,许多学者为探索这一奥秘的科学真理付出了毕生的心血甚至生命.1916年,现代物理学的奠基人爱因斯坦用广义相对论揭示了时间和空间的辩证关系;1919年,爱因斯坦又发表了《根据广义相对论对宇宙学所作的考察》一文,这篇论文成为现代宇宙学的奠基之作. 那么,宇宙是如何诞生和发展的?它的未来又会如何呢?一些站在宇宙学前沿、思想敏锐的科学家,根据爱因斯坦的理论,用他们的心智和才学描绘出一幅幅绚丽多彩、气势宏伟的宇宙蓝图.     

时空对称性经典物理之美学精粹

相对论乃时空对称性探索的结晶；它与量子论，是二十世纪初叶起始的现代物理学之两大理论支柱。然而，相对论依然属于经典物理的范畴。经典物理理论与量子理论的主要区别在于：前者为时空模型理论，后者并非。二十世纪之前建立的各个经典物理理论是时空模型理论，而二十世纪前期建立的相对论动力学、相对论电动力学、相对论引力论、相对论宇宙学亦然如此。爱因斯坦揭示了时空对称性、披露了时空的动力学机制，遂使经典物理登峰造极；无疑，相对论是标示经典物理最高理论水准的丰碑。同时，相对论也提高了经典物理的审美价值；时空对称性，正…     

一种可能的Dirac宇宙学和广义相对论的统一理论

自1937年Dirac提出大数假说后,四十多年来出现了一系列可变引力常数的宇宙学模型,但大多数都在不同程度上存在困难。而且除Canuto等人提出的标量协变理论外,都不能解释广义相对论和Dirac宇宙学的矛盾。然而在Canuto等人的理论中引进了Milne的两种时标假说。Dirac曾经指出:Milne假说是和量子力学与经典力学的对应原理不一致的。因此迄今为止,尚未能建立起一种满意的统一Dirac宇宙学和Einstein广义相对论的理论。     

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,     

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。     

试论科学抽象形式及相对论的创立

相对论是阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)本世纪初的伟大发现。他的挚友英菲尔德(L.Infeld)说:爱因斯坦少年时期就曾想过,若有人跟着光线跑并努力赶上它,会发生什么?一个人关在自由落体的升降机里,又会发生什么?带着这些问题,他刻苦钻研,经过“十年沉思”,1905年发表《论动体的电动力学》,提出狭义相对论;两年后设计升降机“实验”,又经历八年思索到1915～1916年才宣告广义相对论诞生,初步建立起相对论的理论体     

基础物理学书的十个项级问题

相对论和量子论引发了20世纪物理学的两次重大革命,前者给出了当物体的运动速度很高时的运动规律,给出了全新的时空观念和引力理论(广义相对论),后者给出了微观物体运动应该服从的规律,给出了正确描述原子、分子和其他基本粒子运动的框架.     

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     

关于存在引力辐射阻尼的定量证据

爱因斯坦提出广义相对论以后,对静力场中的一些效应、宇宙的时空结构和存在引力波等三方面作出了预言。这三方面的检验都首先是由精密的天文观测完成的。1919年爱丁顿领导的观测队,首先证实了引力场中光线偏折的预言。1929年哈勃发现河外星系的红移与距离之间存在着线性关系,给相对论宇宙学提供了第一个观测根据。去年年底,泰勒等人测出射电脉冲星双星PSR1913 16的公转周期变短,定量地证明了引力辐射阻尼的存在。     

我们的宇宙与德西特相对论

精确宇宙学揭示,宇宙尺度的物理学应以极小的正宇宙常数为标志.这应受到高度重视. 我们认为,较之爱因斯坦相对论,德西特(W.de Sitter)相对论,包括德西特狭义相对论和以其局域化为基础的德西特引力,才能更好地反映这一特征.     

系统软件工程在天体物理中的应用

从“里程碑”谈起和任何一门科学一样,在天文学发展史上也矗立着一系列划时代的里程碑。不同的研究者站在不同的角度上,对这些“里程碑”有着不同的评价。例如,科学史工作者和自然哲学家乐于称道哥白尼“日心说”和康德-拉普拉斯“星云说”的革命意义,宇宙学家则更偏爱河外星系的发现、哈勃定律的问世,以及大爆炸宇宙学的提出等等。然而,有鉴于天文学基本上是一