横跨百年的科学求索

 Albert Einstein 在1915 年提出广义相对论,而Arthur Eddington在1919年对日全食的观察证实了光线在通过恒星的引力场时会产生轻微的弯曲,从而成为证明广义相对论成立的直接证据。一个世纪以来,广义相对论重塑了人类对宇宙的认识,并成为现代物理学的重要基石。然而,广义相对论的一个重要预言,即引力波,却始终没有揭开神秘的面纱。     

广义相对论是怎样被证明的?

光线在通过大质量物体附近时会发生弯曲，这是广义相对论的一个重要预言。但对这一预言的验证常被戏剧化、简单化和夸张地再现给观众和读者，大大偏离了科学史实。如在一部艺术地再现爱因斯坦一生的法国电影《爱因斯坦》中，有这样一个镜头：1919年秋季某一天在德国柏林，爱因斯坦举着一张黑乎乎的照相底片，对普朗克说：     

狭义相对论中的佯谬之谜新探索

通过对双生子佯谬的分析,指出狭义相对论的"尺缩钟慢"是测量效应,所有关于狭义相对论的佯谬和悖论都不存在.狭义相对论的本质是一种数学方法,它为广义相对论的提出提供了数学方法和物理思想,验证狭义相对论结论的实验实际是验证了广义相对论的结论.     

谐和条件下的干涉仪实验

本就地球引力场中一个“回波”实验，讨论了周培源教授关于谐和条件的地位和物理长度的新观点与广义相对论传统观点在实验结果的理论预言上的差异，及观测这一差异的可能性。     

双星引力辐射的电磁学模拟

爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在.根据广义相对论,引力辐射是一种四极辐射.建立一个电学模型,将电四极辐射和引力辐射进行类比,得到双星系统引力辐射功率.所得结果与广义相对论的结论只差1/4的数值因子.     

待引力波拨动了“天琴”的弦

<正>音乐会中那一承上启下的乐章爱因斯坦堪称物理学界最重要的主角之一。继1915年提出广义相对论后,他成功地将相对性原理推广至一切参考系。广义相对论描述了时空弯曲如何受物质决定,物质运动如何受时空弯曲的影响。它革新了人类对于时空本质的经验认识。要想人们从理性上接受它,必须提供出可靠的证据。爱因斯坦在广义相对论提出之初采用了两种方式:解释当时现有的难题,提出预言供检验。     

浅谈光谱线的引力红移

本文从均匀引力场,太阳引力场和恒星引力场三种情况下讨论了广义相对论预言的光谱线的引力红移现象。     

模拟体验相对论 借助计算机体验有悖常识的奇异世界

爱因斯坦的广义相对论预言了很多日常生活中体验不到的奇妙现象。但借助计算机,我们可以模拟出这些有趣的现象。     

等效原理的实验检验

等效原理是广义相对论的基本假设之一,然而试图将引力与其它三种基本相互作用进行统一的理论预言等效原理破缺.等效原理的高精度实验检验对深入认识引力和统一基本相互作用具有重要的科学意义.本文简述了等效原理检验的历史现状和发展趋势,介绍利用宏观物体和微观粒子检验等效原理的基本方法,并重点阐述了本课题组在自旋取向冷原子检验等效原理方面的实验进展.     

广义相对论与万有引力

<正>爱因斯坦广义相对论比牛顿万有引力理论更精确地描写了物质之间的引力相互作用。广义相对论可以完全类比于电磁理论;广义相对论中的引力场也分为两种类型:(1)电型引力场(即牛顿型引力场,它类似于静电场);(2)磁型引力场(它类似于磁场,在牛顿引力理论中没有这种场)。磁型力场效应的预言已     

广义相对论中的能量—动量及其守恒定律

<正> 引言无论是原理的深邃,逻辑的谨严或是形式体系的精巧,广义相对论都深深地赢得人们的赞叹!当然人们对广义相对论的全部信念的基础更在于它对实验的惊人的预言和高度的符合,这正如Landau和Litshisz所指出的那样:“……在现有的物理理论中,它或许是最美丽的。突出的地方是Einstein用纯推导的方法就建立了这个理论,只有以后才被天文观测所证实。”     

球对称引力场的引力效应

从测地线方程出发,推导出球对称引力场中的物体运动微分方程,得出考虑引力效应的角功量定律、毕耐公式、万有引力定律以及Kepler定律,论论了广义相对论经典运动速度及环绕速度的修正,为广义相对论的实验验证提供了4项新方法。     

COW实验验证强等效原理的讨论

经过对COW实验的物理意义重新分析，发现COW实验不足以严格验证作为广义相对论基础的强等效原理。     

激光干涉引力波探测专题·编者按

<正>引力波是广义相对论最重要的预言.引力波不被屏蔽,具有极强的穿透性,它可带来借助其他方法无法得到的,关于黑洞、致密星、星系核等的大量信息;它把对宇宙的观测推向暴涨阶段;它是在极高精度范围内检验广义相对论的探针.它还将在揭示引力场量子行为中起到不可或缺的重要作用.爱因斯坦在建立广义相对论后,很快就于1 9 1 6年提出了引力波的概念.然而,就连爱因斯坦本人也曾怀疑引力波能否被人类探测到.在经历了4 0多年的争论后才确认,引力波能够脱离源、携带能量在真空中传播,从而开启了引力波探测的大幕.     

旋转黑洞周围扭曲的光可能会携带轨道角动量信息

Kerr黑洞是爱因斯坦广义相对论最令人感兴趣的预言之一。这些旋转的大质量天体会扭曲它们周围的时空，使经过它们附近的光发生偏转和相位改变。瑞典空间物理学研充所BoThide与合作者发现，这将导致一种新的相对论效应——在上述扭曲光中留下了轨道角动量的印记，由此可以验证并分析旋转黑洞。     

黑洞量子理论的哲学意义

黑洞是爱因斯坦引力理论和时空结构的必然产物,是物理学中的一个奇特概念。1915年爱因斯坦提出广义相对论,为黑洞说的形成奠定了理论基础。其后德国人施瓦茨希尔计算出爱斯坦广义相对论复杂场方程的一个解:对于质量M相当于一个太阳的天体,其半径坍缩到3公里以内时,就会形成黑洞。目前,黑洞已经不仅仅是预言中的纯理论概念了;大多数天文学家和物理学家认为,宇宙中既然存在白矮星、中子星,如     

坐标系选取对星体轨道理论预言的影响

广义相对论关于天体轨道的预言依赖于所选取的坐标系。对不同坐标系下围绕银心运动的星体轨道的差异进行了研究,并讨论这些差异对于确定银河系中心黑洞参数的影响。     

爱因斯坦相对论在微观和宇宙范围内的应用

介绍了狭义相对论及其与量子力学的结合预言正电子的存在,广义相对论以及用此理论解释牛顿理论无法解释的水星近日点进动、光谱引力红移和太阳引力场对星光的弯曲.     

关于惯性质量和引力质量认识的发展

本文从物理学史的角度,阐述了“惯性质量”与“引力质量”的概念的形成,介绍了这两种质量等效的各种实验验证,并通过广义相对论论述了它们本质的一致性。     

广义相对论中的同时性定义

按照广义相对论时-空间隔的特性,同时性定义被严格地推广到广义相对论.同时性定义原是狭义相对论中的重要问题,过去一些文献将它推广到广义相对论时,忽视了广义相对论与狭义相对论在时空特性上的差别,因而在推广的过程中,出现了一些概念上或计算上的混乱和错误,影响了对广义相对论的正确理解.通过严格的论证,指出了这些混乱和错误,并予以了改正.