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     

广义相对论的第五个实验检验

美国斯坦福大学打算于1990年进行绕地轨道上的陀螺仪的进动实验——广义相对论的第五个实验检验,自从爱因斯坦于1915年提出广义相对论以后,在近七十年之中已进行了四个经典实验验证。早期提出的广义相对论的三大经典实验验证是光谱线的引力红移、太阳引起的光线编折和内行星轨道近日点的进动,     

张量分析和广义相对论

第二次全国数学史年会于1985年8月27日～9月2日在内蒙古呼和浩特市召开。全国近70位数学史工作者出席了会议,交流了自1981年第一次全国年会以来在中外数学史研究和教学方面的成就,引起了国内外学术界的注意。现摘登这次年会的几篇论文,以飨读者。     

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。     

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.     

广义相对论的理论进展

在一次不太长的演讲中,不可能把我们对于广义相对论的理解方面所获得的全部进展阐述清楚,也不可能把那些作出过重大贡献的人名包含无遗.我仅仅选择一些我认为是最精采的论题,对于我个人选择上的偏见我预先表示歉意. 广义相对论一诞生,就被公认为是观念上的一次重大革命,它把我们的时空观从一种固定的框架变为一种动力学的实体,而     

广义相对论揭示奇异宇宙

正爱因斯坦准确预测了黑洞、引力波和宇宙膨胀。爱因斯坦刷新了时间和空间概念,他的理论所预测的无比奇异、无比宏大的宇宙挑战着人类想象力的极限。诞生在瑞士一家专利署、成熟于德国柏林的广义相对论,是根植于对引力更深层面的新理解而提出的、有关宇宙的一种开创性理论。     

利用人造行星验证广义相对论

1916年爱因斯坦建立的广义相对论依靠了两大支柱:等价原理和引力理论。等价原理在实验室中,通过测量引力质量与惯性质量之比为一常数,已经被证明是成立的,其精确度达到10~(-12)。但对引力理论的验证,在地面上虽然通过观测高密度星体得到了与广义相对论预言相符合的结果,但用实验方法进行验证还几乎没有进行过。     

探究广义相对论一百年

正整整一个世纪里,爱因斯坦的广义相对论彻底变革了人类对宇宙的想象。我们在此回顾了从爱因斯坦1915年提出这项理论起,广义相对论在百年间经历的关键时刻。阿尔伯特·爱因斯坦对当代物理学的贡献无人可敌,但他的主要声誉全都建立在他于1915年11月以系列讲座形式向柏林普鲁士科学院提交的一项理论上。基本上,广义相对论是一项关于引力的理论。但它不仅解释了塑造出大尺度实体的引力是如何运作的,还彻底变革了人类的世界观。     

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     

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。     

广义相对论中的对钟问题

爱因斯坦场方程并不唯一确定时空度规,仍然容许时空坐标变换;如何确立实测量与时空坐标之间的联系,这是一个探索已久的复杂问题。然而恰如在引力场中的对钟等问题上,至今存在着根本性的普遍误解。 十多年前人们才知道狭义相对论中的“同时”规定并不是唯一的。爱因斯坦的规定     

美国再次探测火星将使用的仪器

1976年美国海盗号飞船到达火星,进行了长时间的探测,但对一些主要的问题还未得到解决。如对火星的表层结构(除飞船所到的两处外)未能得到分析,火星表面的高度如何,上面沟渠的流动走向怎样,火星本身是否有磁场等许多问题均悬而未决。海盗号飞船还发现:火星的北极顶部有一层五光十色,冰夹尘埃的混合物,和云层与风砂结合的复杂形态,更需探明其究竟。1984年制定了一项名叫“火星观察者”的计划?这是美国宇航局主持的太阳系探测委员会(SS-     

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,     

广义相对论是怎样被验证的

爱因斯坦提出广义相对论之后,绝大多数科学家都不相信这个理论,因此必须提出验证的方法.爱因斯坦当时就指出,通过测量和计算行星轨道近日点的进动,引力场中光线的弯曲,星系光谱线的引力红移等三项观测和实验可以验证广义相对论.后来科学家又从雷达回波延迟和脉冲双星观察等实验也证实了广义相对论的正确性.     

生物降解沥青砂再次热作用的实验模拟

油藏次生变化是当前石油地球化学的热点研究领域，塔里木盆地志留系沥青砂岩在形成后经历了多种次生变化，包括生物降解、水洗、散失以及在后期沉积过程中的再次热作用．采集生物降解后的沥青砂，利用高压釜模拟再次热作用对沥青砂的成分、同位素以及物理性质的影响．结果表明：沥青砂在再次热作用下以产气为主，产生的裂解气碳同位素偏轻；C6 以上的组分产率较少，且以轻质油为主；模拟过程中生物降解油砂的饱和烃色谱特征与现今志留系沥青砂的饱和烃色谱特征具有一致性；沥青砂岩的孔隙度随着模拟温度的升高而增大，且荧光颜色逐渐变深，反射光下沥青的颜色则逐渐变浅，反射率增大．由实验结果推测，塔里木盆地志留系沥青砂在后期再埋藏的过程中，热作用对沥青砂的成分与结构产生了一定的影响．     

老鼠为什么能经受核屠杀

本期发表了读者徐子成同志致本刊的一封信。我们深力徐同志当年所达到的成就而骄傲,更力徐同志所遭到的厄运而叹恩。当然徐同志的遭遇只不过是过去十余年中我国科学事业上一场沽劫中的小小一例而已,但也足见其危害之烈,创痛之深矣!     

《微分几何入门与广义相对论》

本书（上册）共10章．前5章讲授微分几何入门知识，第6章以此为工具剖析狭义相对论，第7～10章介绍广义相对论的基本内容．本书强调低起点（大学物理系本科2～3年级水平），力求化难为易，深入浅出，为降低难度采取了多种措施．