广义相对论预言及其实验验证研究

广义相对论是理论物理学的重要研究内容。爱因斯坦在建立广义相对论的过程中提出了一些重要的预言,这些预言的实验验证成为广义相对论有力的实验证据。通过对广义相对论的五个典型预言及其验证实验的阐述,展示了广义相对论预言的提出及被天文观测实验验证的过程。     

一个天才引发的“世纪混乱”

<正>从宇宙常数的提出,到发现黑洞;从宇宙暴胀理论,到暗能量的存在……广义相对论引发的"百年混乱"已告一段落。未来,它还将引发哪些争论和谜题,又将带来怎样的惊喜?让我们拭目以待自爱因斯坦提出广义相对论至今,已经有100年了,在过去的一个世纪里,这个伟大的理论颠覆了我们对宇宙景象的认知。现在,就让我们重新回顾一下那些广义相对论里的关键时刻(混乱时刻)吧!"宇宙常数"被证伪?关于广义相对论,故事是从一个     

非对称引力理论(NGT)概略

爱因斯坦的广义相对论自1916年创建以来经历了各种天文观测的检验而被人们认为是一种科学的、优美的引力理论。近二十年来,广义相对论得到了蓬勃的发展。中子星的形成和结构的研究,黑洞物理和黑洞的探测,引力辐射理论和引力波的探测,大爆炸宇宙学……成了它的广阔的应用领域。广义相对论作为一种引力理论本身也在发展。人们相信所有的物理场从根本上说应当用量子理论来描述。然而广义相对论却是一个纯经典的理论,因为在广义相对论的框架中可观测量——特别是度规张量——总是有确定的值的。过去的四十多     

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.     

引力的Weyl-U(1)规范场理论及其宇宙

通过分析认为广义相对论不能自然地给出引力场(作为物质)的能量、动量这些重要的物理量。广义相对论体系是欠定问题,在自系统无定解。它和其他相互作用的理论形式较独立,有碍四种相互作用的统一。为了克服这些困难,本文提出了引力的Weyl-U(1)规范场理论。在相同近似下给出的结果和广义相对论一致,而表达方式更简明。文中得到一个宇宙模型,对时空有一些新观点。还提出了本理论对自然界一些解释不了的神秘现象的可能应用。     

相对论中引力场性质研究

相对论是现代科学的重要基础,是物理学通向宇宙的桥梁.对爱因斯坦建立广义相对论的过程进行了分析,引力问题是自然界乃至整个宇宙世界的一个基本问题.引力场是一种矢量场,广义相对论对引力问题的描述是非常有效的.通过对引力场的分析,得到了引力场的高斯定理,讨论了引力场的环路定理.通过方程,求出了引力场中的势函数,探讨了引力场的基本性质.     

漫谈不确定关系

不确定关系是制约着自然界的一条基本原理。广义相对论制约着宇宙的大尺度结构,但它没有考虑不确定关系,是因为在通常情况下引力场非常弱,而没有导致理论和观测的偏离。但在强的引力场中量子力学效应是非常重要的,所以,必须找到一个完整的协调的统一广义相对论和量子力学的理沦。     

科学家的严谨治学

据德国马克斯——普朗克历史科学研究所的科学家们,对爱因斯坦的笔记进行详尽地研究,获得了一个发现,他们说,爱因斯坦在1913年就形成了广义相对论这一理论。但是爱因斯坦当时觉得这一理论太离奇了,他担心没有足够的理由来证明它。后来,通过对水星轨道的不规则性的研究和在一次日蚀过程中的试验,才深信自己的理论是正确的,因而发表了“广义相对论”,此时已整整推迟了三     

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.     

关于马赫定律的再讨论

"马赫定律"是在2010年11月发表的文献[1]中提出的,它解决了马赫原理和广义相对论之间长期存在的矛盾问题,并由此获得了一个爱因斯坦相对论的适用条件.本文就与马赫定律相关的一些未阐明的问题进行了讨论,以期读者能对该定律有更深入的认识.文中说明了马赫定律的由来、马赫定律和广义相对论引力场方程的关系,并讨论了时钟变慢效应的本质.     

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：     

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     

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.     

纪念广义相对论100周年及其科学方法分析

广义相对论是爱因斯坦科学精神和科学思想的杰出体现,是物理学探索整体引力场控制世界的一把钥匙,是现代宇宙学的理论基础.它与狭义相对论一起构成了现代物理学的基础之一——相对论理论.回顾了广义相对论建立的过程,探讨了广义相对论的意义以及建立过程中使用的科学方法,对广义相对论未来发展的前景进行了展望,以纪念广义相对论发表100周年.     

Einstein场方程的Schwarzschild求解——广义相对论经典算例

Einstein场方程是一个难解的非线性二阶微分方程组,其解析求解广泛应用于广义相对论.求解了Einstein场方程的中心对称静态解,即Schwarzschild解,该解对于广义相对论的研究具有一定的指导作用.     

视广义相对论及新广义相对论为广义引力理论特殊情况的研究

根据广义引力理论的基本公式导出了广义相对论和新广义相对论的引力场方程和粒子运动方程．结果表明了广义相对论和新广义相对论均是广义引力理论的特殊情况．阐述了这种方法在理论上和运算上的一些优点．     

引力波探测检验广义相对论

自2015年9月14日人类第一次探测到引力波以来,引力波探测的进展非常迅速.到目前为止LIGO已确认双黑洞并合引力波探测结果5例,分别为GW150914,GW151226,GW170608,GW170104和GW170814.以及确认的双中子星并合引力波探测结果1例,GW170817.另外还有疑似双黑洞并合引力波探测结果1例LVT151012.受引力波探测的驱动,关于引力波的物理学和天文学研究自2016年以来的发展也异常迅速.引力波的成功探测定性地支持了广义相对论.但引力波探测作为涉及强引力场、强动态时空区域的实验,它还可以定量地检验广义相对论,甚至有可能发现广义相对论的适用范围,指引超越广义相对论引力理论的发展.本文将针对如何利用引力波探测检验广义相对论的问题,从引力波定性性质、引力波极化自由度、引力波传播速度以及引力波波形特征几个方面作一个较为全面的介绍.     

从“等效原理”看终身教育

等效原理是物理学广义相对论中一条著名的基本原理,它是爱因斯坦广义相对论理论的基本出发点。终身教育思想是现代社会的产物,本文将以等效原理对终身教育作多方面的诠释,以促使人们对终身教育有一个更为全面的认识和把握,树立正确的教育观。     

当生活邂逅相对论

<正>今年是爱因斯坦提出广义相对论100周年,这个伟大理论把引力描述为空间和时间的弯曲,颠覆了人类对宇宙的认识,开启了近代物理学上一个全新的领域。那么,相对论到底是神马东西,它又是怎样被提出来的?改写宇宙认知法则关于爱因斯坦和广义相对论的故事,还要从1915年说起。1915年秋天,德国威廉皇家物理研究所。所长阿尔伯特·爱因斯坦的心情不太好,他正在遭遇学术上的瓶颈——10年前,狭义相对论的提出震动了物理学界,那一年也因此被命名为"爱因斯坦奇迹年"。此后,他     

广义相对论与万有引力

第17届广义相对论与万有引力国际会议（GR17）于2004年7月18日至23日在爱尔兰共和国首都都柏林举行。如同GR系列以前的历次会议那样，它是在广义相对论与万有引力国际协会（ISGRG）的赞助下举办的。这本权威性的会议录提供了万有引力物理学及相关数学领域最新进展的概述，以及对当前成：就的综述和对未来工作的展望。由于本书的撰稿人都是各自领域的领军人物，这本会议录加入GR系列会议录丛书是当之无愧的。该系列会议构成了广义相对论与万有引力领域中最重要的会议。