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.     

银河系星团证实爱因斯坦理论

要想测试一下万有引力的存在是一件很简单的事。你只要从二楼的窗口迈出去,看看会发生什么事就知道了。测试阿尔伯特.爱因斯坦的重力理论——即广义相对论则是一件非常麻烦的事。该理论告诉我们一个物体的重量与它周围的时-空密切相关,不可分隔。虽然在太阳系的范围里,研究者们已经证明了     

太阳系早期陨石记录的古磁场变化揭示了太阳星云的寿命

正大约46亿年前,一团星际分子云由于自身的重力作用而向中心聚集,形成了我们的太阳系.在太阳系形成之初,由于自身的旋转,使得太阳周围还聚集着由气体和尘埃形成的巨大圆盘,这便是太阳星云.随着其中心物质不断被太阳吸积,以及其外部物质不断被太阳风吹走,太阳星云在太阳系形成之后数百万年内便消耗殆尽.由于木星、土     

寻找太阳系的边界

宇宙可能永远存在 ,在我们的视野中没有尽头 ,没有边界。但是我们的太阳系却几乎无法扩展。多年来 ,不断完善的天文望远镜技术已经可以让天文学家仔细地观察超越海王星以外的范围 ,由此发现了一批数量快速增加并且散落在太阳系外延的天体。现在许多研究者认为 ,尽管仍有些无法相信 ,但是太阳系的边界已经出现在我们的视野中了。2 0 0 0年 1 0月在加利福尼亚帕萨提那举行了年度行星科学部会议 (ＤＰＳ) ,其中一份报告把太阳系的边界定在冥王星轨道之外 ,大约离太阳 50个天文单位 ( 50ＡＵ、 1个天文单位等于地球到太阳的平均距离 )。尽管有一…     

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     

难道相对论错了

德高望重的王教授是爱因斯坦广义相对论的忠实信徒.他的拿手好戏是论述宇航员在飞行途中及归来时出现的奇迹.     

诱人的时间旅行

按照爱因斯坦的广义相对论的描述，宇宙中的一切事物都是以三维空间和一维时间来呈现的。我们能够随心所欲地在三维空间中移动——上下、前后、左右。但是，当面对四维时空的时候．我们似乎就束手无策了。在四维时空中，     

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     

Weitzenbock时空的挠率奇性

在时空平移群的基础上,Hayashi在Weitzenbock时空建立了新广义相对论,其基本特征是零曲率张量和四平行矢量场构成挠率.这个理论与目前已完成的太阳系实验完全符合.由四平行矢量场给出各向同性坐标下静态球对称真空解b_0~0=C(P)~(1/2),b_μ~i=D(P)~(1/2)δ_μ~i,(1)     

水星——神秘的行星

水星可能是太阳系中最热的行星,但是世界各国的空间机构对水星的探测工作却一直比较冷淡。然而,这种状况可能就要结束了。虽然探测水星的热潮还没有到来,但是欧洲和俄罗斯正在酝酿着新计划,它很可能改变我们对这颗处于太阳系最深处的行星的看法。 虽然人们通常对水星并不太关心,但是留给人们的第一个印象却     

星系碰撞创造了类星体

天文学家们在20世纪50年代发现了类星体,类星体是"类似恒星的天体"的缩略语.类星体大约相当于太阳系的大小,可是它们可以轻而易举地照亮整个星系,可以燃烧1亿年.然而几十年来,天文学家们不明白是什么创造了这些宇宙明灯.最明显的怀疑目标就是超大质量的黑洞,它们稳居在几乎所有星系的中心,可以吞噬大量的物质,而且据了解,它们能够产生巨大的粒子和能量射流.但是很多星系--包括银河系在内都拥有超大质量的黑洞,然而并没有产生类星体.     

探索类日恒星

人类对宇宙的观测越来越深远,并发现了越来越多的太阳系外行星.在这种情况下,很多人想知道,我们生存的太阳系究竟在多大程度上具有代表性.一项新研究显示,太阳系的结构是极其罕见的.     

天上的帆船

造访邻居 迄今为止,我们的无人探测器已造访过所有邻居——太阳系里的其他行星,只有冥王星是个例外,不过,据说那是天上的一座大雪山,肯定不会有什么外星人。人类的足迹到过月球,但是那里是一片荒凉。至于其他邻居,无人探测器的“眼睛”——照像机告诉我们,要想在它们上面找到外星人是根本没戏的。这样看来,太阳系里恐怕充其量也只有一些微生物了。据说可能会在火星、某个小行星、泰坦星和欧罗巴星上找到微生物。泰坦星是土星的一颗卫星,叫做土卫六,它的大气层中有些地方很暖和;欧罗巴星是木星的一颗卫星,叫做木卫二,在它寒冷无比的表面下可能有海洋。但是,即便在这些“希望之星”上,发现微生物的可能性也不大。 到宇宙深处 太阳系之内,肯定是惟地球独尊了,可是,太阳系之外呢？那里有很多行星和恒星,行星围着恒星转,组成许多行星系统。就像太阳系一样。地球是一颗行垦,太阳是一颗恒星,地球和其他所有围着太阳转的行星,就构成一个行星系统。既然地球上有人,那么在太阳系以外,那些围着恒星——别的“太阳”转的行星上面,大概也会有人——外星人吧？但是我们知道,如果地球离太阳再远一点,我们就会被冻死;如果更近一点,我们就会被烤干。我们之所以能存在,一个主要原因是：...     

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     

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.     

太阳系大行星观测

在天空中有很多美丽的景观：各式各样的恒星、双星、变星；星云、星团、星系等等。但是在城市里，由于受光污染的影响，使得观测条件比较差，那些美丽的天体就显得遥不可及了。但是观测太阳系的天体就相对比较容易．特别是几乎不受城市观测条件影响的几个大行星。下面让我们来谈一下太阳系大行星的观测。     

①诱人的时间旅行

感谢爱因撕坦,他让我们知道了时问旅行是存在的. 按照爱因斯坦的广义相对论的描述,宇宙中的一切事物都是以三维空间和一维时间来呈现的.我们能够随心所欲地在三维空间中移动--上下、前后、左右.     

时间机器:幻想还是礼物?

时间机器本来是科学幻想,但在广义相对论,量子场论中出现了虫洞与封闭类时线,似乎暗示着未来的文明世界能够向我们赠送时间机器.但是,有关封闭类时线,负能物质的讨论,恰好是在不同的理论框架中进行的,在统一的量子引力论出现以前,从一个物理理论中预言时间机器的可能性,在涉及到另外一个与其不通约或不相容的物理理论时,会变得失去意义或得出自相矛盾的结论.时间机器内在的因果反常,正是广义相对论中封闭类时线的常规理解与体现常识的热力学不相协调的一个理论证明.通过引力场中热现象与量子现象的分析,可以发现在广义相对论中,封闭类时线来源于各种视界的镜面效应.在量子论或量子场论中,封闭类时线起源于某种类似于负反馈的自组织机制,其中德布罗意指出的量子波动的内在时钟变量与作为坐标的外部时间的混同导致了符合自恰性原理的封闭类时线仿佛存在着.只有从热力学约束的角度重新理解相对论或量子论的反常特征,有关时间机器的因果反常的讨论,才会作为有趣的科幻小说或自相矛盾的废话,从物理学研究中排除掉.     

是第十大行星吗？

哥白尼的历史功绩 我们还是要想到太阳系学说的创立者和奠基人哥白尼.1543年,经历了一生勤奋的观测和研究之后,哥白尼关于太阳系学说的著作<天体运行论>出版了.     

太阳在银河系中所处的环境

太阳带着太阳系天体在银河系的星际空间中穿行,一团团的星际介质不断地吹过我们整个太阳系,它们与太阳风相互作用,对包括地球在内的太阳系天体所处的环境产生影响,而太阳风起着“保护”太阳系内层行星免受我们在银河系中所处环境某些变化影响的作用。