动手验证广义相对论引力透镜效应

大家看到了本文的标题可能会感到一丝惊讶。像广义相对论这么前沿高深的科学理论，我们还可以动手去验证？的确，要想验证这一理论确实很难，而且需要很高的观测精度。对于我们普通人来说，这也许是不可能的事。那么，我们怎样利用中学生现有的条件来完成这个验证实验呢？首先，让我们了解一下广义相对论的引力效应到底是怎么一回事吧。     

玩转科学艺术的爱因斯坦

<正>我不知道,还能有谁比爱因斯坦更适合"科学的艺术家"这个尊称。尤其是在2015年,当人们纪念他创立优美的"广义相对论"100周年之际,我的感觉更是如此。本来,科学发展似乎不会完全依赖于某个人,然而广义相对论的出现却有些特殊。它就如同一位伟大画家创造的一件不可复制的艺术杰作,优美且独一无二,从中我们甚至可窥视宇宙的奥秘。我自己就是一个画者,而且自认为是越来越倾向     

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?     

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     

广义相对论中引力传播速度的测量问题

牛顿万有引力定律认为引力场的传播不需要时间, 是瞬时相互作用, 而广义相对论认为瞬时相互作用是不存在的. 因此, 在观测和研究引力潮汐时, 牛顿万有引力定律是否需要修改是一个值得探讨的问题. 本文说明在现有的广义相对论框架下, 牛顿引力定律是完全适用的. 后牛顿近似计算的结果表明, 引力传播速度的可观测效应与物体运动速度的大小无关, 只依赖于物体运动的加速度. 一般来说, 这一可观测效应非常微弱, 目前的任何天文观测, 包括太阳潮汐观测均不能证实引力传播速度与光速相同.     

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".     

关于引力质量与惯性质量不相等假说及其推论

在物理学中,物体的引力质量m_g和惯性质量m_i是两个涵义根本不同的概念。但实验却表明,其比值对任何物体均为一常数。在选择适当的单位以后m_g=m_i,这叫做等效原理。经典力学和广义相对论以此为基础,取得很大成就。三百年来人们对它深信不疑。但是近来有人认为,巨大天体的m_g,未必还等于m_i。认为广义相对论量子化受到等效原理的限制。韦伯(J.     

中微子静质量对Dirac宇宙学的影响

在前一篇文章中,在不引入两种时标的前提下,我们提出了一种统一Dirac宇宙学和广义相对论的可能理论,并在零级和一级近似下给出了Einstein场方程,二级近似下给出了Dirac宇宙学。近年来,自发现中微子可能有静止质量后,出现了一系列讨论中微子质量对宇宙学影响的尝试。文献[4]指出,对于Einstein宇宙学,由于宇宙存在大量中微子,若中微子有静质量,则宇宙是封闭的。但对于Dirac宇宙学,由于引力常数随宇宙膨胀而变小,因而,中微子有静质量是否能导致宇宙封闭是个很有意思的问题。本文中,我们将在文献[1]提出的Dirac宇宙学统一理论的框架下,从场方程出发,讨论中微子静质量对Dirac宇宙学的影响。     

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。     

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     

神秘的他留人

墓地和古堡 距永胜县城40 km的这段盘山路,比我想象的要险,一路坑坑洼洼,吉普车做蛙跳状一点点向目的地挪近.在一次次跳跃中,县文管所的张所长一次次替这倒霉的山路向我致歉,说真的,没办法也不可能把山上那些宝贝搬下山去.     

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.     

超弦理论简介——完成爱因斯坦统一场论的构想

假如空间有九维,物质是弦状的,那么宇宙的奥秘可能马上被揭开。本世纪的第二个十年间,阿尔贝特·爱因斯坦提出了一个在研究方法上带革命性的引力新理论。他的广义相对论按照几何学来描述引力物理学:相对论认为     

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:     

大脑可能只让人看到部分事物

美国科学家进行的一项试验表明,进入我们视野的东西并不一定全都会被看到,大脑对于看到的事物应该是什么样子,可能有一种先入为主的“成见”,即它只让我们看到部分事物。科学家认为,大脑是从零散杂乱的视觉输入信号中选择信息来组织成图像的,在这个     

生物电的来源

第一次发现动物体内有电的是意大利生理学家路奇·加尔瓦尼。1791年的一天,加尔瓦尼在做青蛙解剖实验,他把解剖了的青蛙用铜钩吊在铁栏杆上时发现青蛙腿的肌肉在收缩,他以此推断青蛙肌肉内有生物电活动。当时另一位意大利科学家伏打重复了加尔瓦尼的实验后认为.青蛙肌肉内不可能有电,而是由钢和铁两种不同的金属相互接触产生     

广义相对论和微分几何

我是作为一个微分几何学者来谈谈广义相对论令人惊佩的结构.如我所理解,广义相对论属于物理学,它的基础是物理实验.几何学的目标应该是研究空间.几何学的研究是由传统和持续性所指导的,其评价标准是数学的创造性、简洁、深刻以及它们的良好的结合和协调.因此几何学有更大的自由并可略事沉醉于想象中的课题.但是在历史上,它也曾被突然惊醒,发现这些抽象的对象一贯和现实密切相关.微分几何和广义相对论的关系就提供了这样的一个事例.     

有挠引力场中自旋粒子的运动方程

一种很自然的推广或修改广义相对论的途径是建立计及时空的挠率和物质的自旋流动力学相互作用的引力理论(如Einstein-Caron引力理论以及引力规范理论的各种方案等)。到目前为止,这个方向上的工作主要集中于探讨有挠引力场方程,关于挠率场的动力学效应却讨论得不多。可是这种讨论,对于实验上检测挠率场的存在以及检验各种涉及挠率场的理论,     

地质学的前景——在于研究行星

当我们研究地球的时候,不能忘记我们只是在和太阳系行星的一个代表打交道。还有В.И.维尔纳茨基也写到了这一点,无疑他是正确的。之所以正确,是因为不是所有地质过程都能在地球上发现的,不是所有的现象都能在我们星球的范围内弄明白的,因为常常不可能把某个现象的各个方面都认识清楚,如果不把它与另一种现象加以比较的话。通过这样的比较首先可以了解清楚我们星球演     

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