走近诺贝尔奖(十九)捕捉时空涟漪

正我们都知道,地球围绕太阳公转,这是因为太阳对地球有引力作用。然而,地球距离太阳约1.5亿千米,那么,太阳是如何把引力传递给地球的呢?宇宙中的任何物体,大到天体、小至尘埃,相互之间都存在引力。然而,物体之间的引力是如何传播的?爱因斯坦认为,引力像水波一样不断向外扩散,这就是引力波。在爱因斯坦提出引力波概念将近100年的时     

引力是左旋性的吗?

引力是左旋性的吗?两位英国学者认为这一问题可望在2013年获得答案。广义相对论描述大尺度下的引力作用,而在小尺度下则需要应用量子引力理论,但首先,物理学家们必须理解引力子——一个媒介引力的假想的量子粒子。     

杨振宁场引力波的极化

各种不同的引力理论所预言的引力波的极化特征可以是各不相同的。因此,通过观测引力波的极化可鉴别各种引力理论的真伪。本文研究杨振宁场引力波的极化,这对于鉴别这种引力理论是有意义的。 杨振宁场遵从场方程:     

利用近距离牛顿反平方定律实验探索洛伦兹不变性破缺效应

回顾了利用近距离引力实验探索洛伦兹不变性破缺效应的现状,并展望了其发展趋势.引力与物质的耦合极其微弱,近距离下牛顿反平方定律的实验检验是探索引力现象对广义相对论偏离的常用方法之一,其实验检验的基本原理是通过测量密度较大的2块薄金属片之间的引力相互作用随间距的变化,判断其是否满足牛顿反平方定律.在探索洛伦兹不变性破缺方面,通过测量2块薄金属片之间的非牛顿力的恒星时变化,可以检验标准模型拓展(SME)中包含黎曼曲率2次耦合的洛伦兹对称性破缺参数.分析表明近距离引力实验中,由于洛伦兹不变性破缺,2块有限平板间的非牛顿引力由边缘效应主导,尽管如此,现有的近距离引力实验对洛伦兹不变性破缺系数的限制仍能达到10?8 m2的水平.     

伽利略错了吗?

伽利略曾假设,任何物体,无论是羽毛,炮弹还是巨石,在真空中都以同样的速度下落,他错了吗? 今年1月有一篇报告,提出存在一种在短距离内与引力作用相反的新的力。就这一发现是否确实,引起了激烈的争论并进行了许多新的研究。在科罗拉多,科学家们设计了一个盒子,使其中的物体不受空气阻力的影响,他们用激光监测在盒中下落物体的速度。在斯坦福大学,受测试的物体被悬浮在磁场里,使它们对极微小的引力都可以有所反应。加利福尼亚大学埃尔文分校则准备了一套扭力天平实验的复杂装置,这套装置本来是用来研究引力的。     

重力对血流的作用及其后果的探讨

生物是在地球引力的持续作用下进化的。尽管地球引力在地表上各处大致相同,即等于一个重力加速度单位(以下简称G),但生物体所处的重力环境却千变万化。从空间上看,各种动物及其体内各部位由于其重量、形态和所处的环境(例如水生和陆生)不同,其所受的重力作用情况就各不相同;从时间上看,处于不同进化阶段或不同发育时期,所受重力作用情况也大有差别。但无论怎样,动物对地球引力的适应都很协调。若不协调,则应能看到重力淘汰它们时的状况。重力对生物体的直接和间接作用都是无穷多样的,这里仅以人体为例,分析重力直接对血流作用情况,并由此作一些生物学推论和思考。     

引力孤子的能量问题

在Belinski-Zakharov引力孤子理论的基础上(以下简称BZ),人们一直集中讨论以宇宙模型为背景的孤子解,并取得了成绩。但有两方面问题需要进一步讨论: 1.可否找到不同于宇宙模型的种子解,并用BZ技术生成相应的新的类型的引力孤子解? 2.引力孤子的能量性质如何?     

轮椅上的巨人——史蒂芬·霍金

最先有鸡呢,还是先有蛋?宇宙有开端吗?如果有的话,在此之先发生过什么?1、霍金是继牛顿、爱因斯坦以来最伟大的理论物理学家。他将相对论的研究推向崭新境界,并创立了自己的理论模型——量子引力论,使自己居于当代理论物理研究的最前     

星系观测能用相对论性引力解释吗？

我们考虑了各种可供选择的引力理论,用来作为星系动力学而不引入任何暗物质。我们将这些相对论性引力理论的预言与各种实验数据(牛顿极限、光的偏转和延迟、星系旋转、引力透镜效应及等效原理等)进行了比较,发现不引入暗物质的话,任何引力理论都不能解释银河系的行为。     

类比引力有关问题研究进展

尽管引力是人类最先认识的自然界基本相互作用力,但人们对引力本质的认识还相当不够.至今我们仍然没有一个完全自洽的量子引力理论.近年来研究表明,类比引力为我们深入理解引力的性质提供了一个新的窗口.类比引力的研究一方面为Hawking辐射等弯曲时空量子效应的理论研究和实验验证提供了平台,另一方面也加深了人们对类比系统本身的认识.本文简要介绍类比引力的基本思想以及近年来理论和实验方面的进展,并对未来的研究进行展望.     

引力规范理论简单解与相对论对应解的具体比较

一为了研究各种引力理论之间的联系和区别,方法之一是,把作为典型引力理论的广义相对论(GR)场方程解,同所探讨的其它引力理论的类似解作对比、分析和综合.按照这样的考虑,本文把初步的引力规范理论(GG)的无自旋理想流体的无挠内解,同GR的相似解进行对照,看看它们的异同,并作一些有关的讨论.这里所指的GR的相     

夸克和轻子出场了

200多年前牛顿猜测过,物质结构深层的粒子愈小,“力效”即万有引力的作用则愈大。到1934年人们知道物质的最小粒子是电子、质子、中子、中微子,也知道万有引力以外的还有电磁力、强力和弱力。根据电磁力必须通过电荷而作用这样一种模式,必然有引力荷、电荷、强荷、弱荷分别依附在四种粒子上。追随爱因斯坦关于引力荷同(惯性)质量等价的思路,可以进一步研究各种荷之间的同一,也即四种力,首先是电磁力和弱力之间的同一。今天,寻求一个这几种力之间的统一原理的时机已经成熟了。引力荷是四维时空曲率的表现,那么,其他三种荷是否也是四维时空结构以外更小维的表现呢?这是今天对物理学提出的深刻问题。本文原载英国New Scientist,vol.72,№.1031,1976年12月16日。作者Abdus Salam是英国皇家学院理论物理学教授。     

“开放宇宙”的一个新的实验证据

宇宙是开放的还是封闭的?这是一个多年来天文学中一直激烈争论的同题。只靠建立在引力理论基础上的宇宙学,无法从理论上加以回答,因为同时存在“开放宇宙解”和“封闭宇宙解”。但是,如果能从实验上证实宇宙中存在足够多的质量,那末根据宇宙学理论,这些质量所产生的引力,经过从现在起几十亿年的变化后,将把所有物质拉在一起以形成封闭宇宙。即由于引力作用,将使大爆炸后向外冲出的物质速度减慢,最后宇宙将依靠自身而开始收缩。     

从卡文迪什到现在的引力实验

今年(指1981年——译者)是杰出的英国实验物理学家卡文迪什诞生250周年。卡文迪什曾首次以实验测定了两个质量的万有引力,在误差百分之几的精度下确定了牛顿万有引力常数。本文试图回顾从卡文迪什到现在引力实验发展的历史,并展望今后十年里它的未来。众所周知,引力相互作用是很微弱的。因此,要对引力效应进行新的、更精确的测定是个非常复杂的问题。这也就是在实验物理发展史上只有很少几次重复卡文迪什所做工作的主要原因。引力研究史可以大致划分为两个“时期”,从十八世纪牛顿的实验开始的第一时期,基本上是验证等价性原理(即物体的惯性质量和引力质量相等)以及点质量的引力     

大数假说及其后果

我们宇宙中的两种长程力引力与电磁力之比,宇宙的年龄,宇宙的总质量,它们之间有无一定的联系?基本物理常数会不会变?采用自然单位之后得出的一系列无量纲数的含义何在?这是著名物理学家狄拉克在其大数假说中向我们提出的问题.     

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,     

对量子引力理论的检验

多年来，物理学家们一直探索用同一种理论描述自然界的4种基本力（引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用）。在这4种力中，只有引力尚缺量子力学的描述，各种量子引力学说都在试图提供这种描述，但检验这些理论的预见是否正确需要极高的能量，远远超过世界上正在运行中的和计划建造的粒子加速器所能提供的能量。     

一种共形引力理论

近来,由于量子引力和超引力的进展,有关共形引力的研究引起了进一步的重视。 我们知道,通常总是把共形引力归结成为Weyl引力,在一些关于共形超引力的研究中也是这样处理的。当然,Weyl引力的确具有一些迷人之处,但是,同时也存在着一些原则上的困难。首先,Weyl引力的拉氏量不能自动包含Einstein项——标量曲率R,这就至少对     

一往无前的力

在经历了40年的研发,耗资6.5亿美元之后,美国航空航天局(NASA)的“引力探测器B”(Cravity Probe B)已经准备好发射了。爱因斯坦的理论将会得到验证吗? 乍看之下,“引力探测器B”像是一个传奇故事。大胆的科学家和工程师花费了40年的时间,与技术和政治上的困难作斗争,最终完成了这一计划。这个项目是NASA历史上研发时间最长的一     

宇宙是无限的吗?

如果引力强度能象光强度那样相加起来的话,对上述问题的回答是肯定的。光和引力都以同样的方式随着距离的远近而变化,但两者之间的相同点仅止于此。牛顿早在三百年前就证明,一个位于某一球形物质中心的物体受到的引力是零。因为其中一个半球的物质产生的引力将与另一半球产生的引力相互抵销。假如宇宙的确像某些宇宙模型那样是无限的,恒星和星系都均匀地分布宇宙空间,那么,整个宇宙作用于地球的全部引力不是无限大,而是相反,即引力为零。然而,光却不能象引力那样相互抵销。来自两个光源的光波,中途相遇时其亮度将会增加。众多的光线能叠加在一起的这一事实导致了著名的“Olbers悖论。”