天文学和引力物理学

一、历史回顾第一个引力理论就是牛顿的万有引力定律,它的出现是天体(特别是行星)视运动规律同力学概念结合的产物.利用它和牛顿运动定律一起创立了天体真运动理论——天体力学.这是天文学发展史中第一次巨大飞跃.此后二百年内,天体力学成为天文学,甚至是数理科学的主要内容. 牛顿万有引力定律又是宇宙间普遍适用的定律.任意两个物体间都存在引力,其大小可用简单公式表达:     

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     

基本力——第五种力寻踪

牛顿引力理论假设:万有引力源自惯性质量。根据这假设和牛顿第二定律,当仅存在引力场时,物体的加速度与其质量无关(g的普适性)。惯性质量与引力质量等价,是爱因斯坦广义相对论和其他几个可供选择的引力理论的一个原理。由于以上这些原因,人们以不断提高的精确度对g的普适性进行了许多次检验。根据这些检验的结果,人们也能定出新远程力存在的限度。假如新远程力并不源自惯性质量,它们将     

速度战胜引力 速度战胜距离：宇宙航行动力漫谈

水能载舟,也能覆舟。这正是人与自然关系的缩影,人在自然环境中诞生和发展,也受自然环境的制约。人类自古以来就向往着进游宇宙,但却无法离开地面分寸,其中自有奥妙。17世纪牛顿创立的万有引力学说．揭开了这个秘密。万有引力定律指出,物体都有引力,它们总是相互吸引;引力的大小与物体的质量成正比,与物体之间的距离平方成反比。人的质量与地球相比,相差十分悬殊,因而引力的大小显得一边倒,总是地球的强大引力吸引着人,把入束缚在地球上而无法进入宇宙空间。牛顿运动力学还告诉人们,速度是战胜引力的法宝,如果物体的运动速度…     

有挠时空与有挠引力

广义相对论认为时空具有曲率,有挠引力理论进一步认为时空不仅具有曲率还具有挠率。挠率的引入使有挠引力理论的引力场方程及物体运动方程不同于广义相对论。寻找和分析挠率场的一些可供观测的效应是当前研究有挠引力的一个重要方向。     

利用近距离牛顿反平方定律实验探索洛伦兹不变性破缺效应

回顾了利用近距离引力实验探索洛伦兹不变性破缺效应的现状,并展望了其发展趋势.引力与物质的耦合极其微弱,近距离下牛顿反平方定律的实验检验是探索引力现象对广义相对论偏离的常用方法之一,其实验检验的基本原理是通过测量密度较大的2块薄金属片之间的引力相互作用随间距的变化,判断其是否满足牛顿反平方定律.在探索洛伦兹不变性破缺方面,通过测量2块薄金属片之间的非牛顿力的恒星时变化,可以检验标准模型拓展(SME)中包含黎曼曲率2次耦合的洛伦兹对称性破缺参数.分析表明近距离引力实验中,由于洛伦兹不变性破缺,2块有限平板间的非牛顿引力由边缘效应主导,尽管如此,现有的近距离引力实验对洛伦兹不变性破缺系数的限制仍能达到10?8 m2的水平.     

从卡文迪什到现在的引力实验

今年(指1981年——译者)是杰出的英国实验物理学家卡文迪什诞生250周年。卡文迪什曾首次以实验测定了两个质量的万有引力,在误差百分之几的精度下确定了牛顿万有引力常数。本文试图回顾从卡文迪什到现在引力实验发展的历史,并展望今后十年里它的未来。众所周知,引力相互作用是很微弱的。因此,要对引力效应进行新的、更精确的测定是个非常复杂的问题。这也就是在实验物理发展史上只有很少几次重复卡文迪什所做工作的主要原因。引力研究史可以大致划分为两个“时期”,从十八世纪牛顿的实验开始的第一时期,基本上是验证等价性原理(即物体的惯性质量和引力质量相等)以及点质量的引力     

改进的牛顿万有引力公式

一、前　言　　在牛顿力学体系之中 ,万有引力公式是一个非常重要的公式 .在天文、航空、航天、地质、石油等领域中 ,许多现象都与引力或重力有关 .例如当计算卫星和火箭等飞行器的运动时 ,就要应用万有引力公式 .　　自从牛顿提出万有引力公式以来 ,已经出现一些改进的公式 .例如有人曾对平方反比定律提出质疑 ,认为万有引力公式中的ｒ2 项应改为ｒ2 Ｅ,Ｅ为一小量 .还有人认为公式中的引力常数Ｇ应随时间而变化 ,等等 .这些改进的公式有的依据不足 ,有的过于复杂不便应用 ,而且这些公式对水星近日点进动问题及光线近日偏折问题也不能给出…     

星球之间的引力之探

十七世纪中叶,英国著名科学家牛顿根据开普勒行星运动的三大定律推测出:星球之间存在着一种引力,即万有引力.在当时,牛顿的发现是科学史上的一项重大突破,而且在几个世纪以来,牛顿的万有引力对科学的发展,起到了很重大的作用.但是随着科     

双星系统掀起对相对论的挑战

众所周知,爱因斯坦广义相对论视引力为空-时畸变的结果.它成功地解释了水星近日点的进动问题.观测表明,水星绕太阳公转轨道的近日点每世纪进动575弧秒.其他行星的引力作用对水星近日点进动的影响,所谓拱线转动.可用牛顿引力定律计算出来,该“经典效应”为每世纪进动532弧秒,而爱因斯坦的“相对论性贡献”正好弥补了牛顿理论与观测值的差额,43弧秒.在太阳系诸行星中,相对论性效应对水星为最强,这是由于它的公转轨道正好处于太阳系中空-时弯曲最强的区域.对于由引力吸引     

百年史话:引力的“前世今生”

正从牛顿万有引力公式到爱因斯坦的广义相对论,人们对引力的认识经历了一个曲折的过程。借引力波爆刷科学家朋友圈之际,小编一并梳理了300年来人类对引力发展的认识过程。1687年:牛顿引力艾萨克·牛顿出版的《自然哲学的数学方法》一书中对引力进行了全面描述。这为天文学家预测行星的运动提供了精确手段,但它并非没有瑕     

星球之间的10种作用力

17世纪中叶,英国著名科学家牛顿根据开普勒行星运动的三大定律推测出:星球之间存在着一种引力,即万有引力.     

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?     

牛顿和他的万有引力定律

牛顿的万有引力定律是17世纪天文学的一项重大的发现。牛顿能够独具慧眼,把这种神秘的引力归纳成这条定律当然是功不可没,但要是没有开普勒把行星运动先归纳成三条定律,万有引力定律的发现也许就不会那么顺利了。开普勒发现每颗绕日运行的行星的轨道不是圆形的,而是椭圆形的,太阳在椭圆的焦点上;其次他又发现当行星接近太     

引力的本质

回顾了关于引力本质的历史探索和最新进展.从牛顿引力和爱因斯坦引力出发,介绍了关于引力本质历史探索上的两次重大飞跃.从修改引力、量子引力和全息引力三个方面,介绍了关于引力本质的最新进展.对于牛顿引力,从开普勒行星运动定律出发,介绍了牛顿万有引力定律.介绍了最近关于修改牛顿力学和暗物质的进展;对于爱因斯坦引力,阐释了引力的几何化,然后介绍了爱因斯坦引力在宇宙学和引力波方面的应用;对于修改引力,从额外的引力自由度、高阶导数引力和高维引力三个方面介绍;对于量子引力,从协变量子引力、正则量子引力和其他量子引力三个方面介绍;对于全息引力,介绍了它的全息图像、呈展性质以及它与量子信息之间的关系.但是截至目前,关于引力本质问题的答案依然是一个谜.     

科学信息

.Nature Nol 319 No 6050 1.美国加拿大酸雨之争在会议桌上意见一致 2.聚变研究:美、日、欧洲合作 3.艾滋病病毒居病毒性癌肿中心 4.脱氧核糖核酸检测控制了去英国的移民 5.牛顿引力被校正了。短距离间两物体间引力的平方反比定律可能是不正确的这个问题已被确认,但还需要进一步的计算。     

从麦克斯韦到杨振宁——规范场发展史简论

物体间相互作用的研究是粒子物理的重要内容。人们最早注意到的是反映物体间相互作用的宏观现象,并总结出了万有引力定律     

三天体成直线时的非经典引力效应

多年来,笔者在从事天文因子与天气气候变化关系的研究中发现,当太阳、月球、地球,或者月球(或太阳)、地球和某一大行星三个天体成直线时,在许多气象和地球物理观象中都出现了耐人寻味的异常效应,它们的出现严格地由上述三星一线的发生时刻所决定,而难以用目前的经典引力理论——牛顿万有引力理论和广义相对论加以解释。本文综述这方面的     

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     

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