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,     

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     

一种可能的Dirac宇宙学和广义相对论的统一理论

自1937年Dirac提出大数假说后,四十多年来出现了一系列可变引力常数的宇宙学模型,但大多数都在不同程度上存在困难。而且除Canuto等人提出的标量协变理论外,都不能解释广义相对论和Dirac宇宙学的矛盾。然而在Canuto等人的理论中引进了Milne的两种时标假说。Dirac曾经指出:Milne假说是和量子力学与经典力学的对应原理不一致的。因此迄今为止,尚未能建立起一种满意的统一Dirac宇宙学和Einstein广义相对论的理论。     

事件视界望远镜对近邻星系M87中心超大质量黑洞的成像观测

<正>2019年4月10日21时,天文学家公布了人类首次拍摄到的近邻椭圆星系M87中心黑洞在1.3 mm波段的成像观测结果,看到黑洞视界的阴影,直接证明了黑洞的存在.黑洞是广义相对论关于时空和引力理论的伟大理论预言.直接证明黑洞的存在,不仅可以检验广义相对论的正确性,而且可以研究黑洞强引力场中的物理过程,解释相应的天文现象.黑洞与其他天体最本质的区别是它存在事件视界.事件视界是黑洞周围弯曲时空中的一个单向的、与外部观     

宇宙是个放大镜

现代宇宙学,是爱因斯坦创立广义相对论后,把广义相对论应用于宇宙学研究而开创出来的。在全球科学界纪念爱因斯坦逝世50周年之际,美国天文学家对他100年前提出的广义相对论的一个推论进行了首次印证。     

引力异常之谜

广义相对论以及在弱场近似下的牛顿引力理论是目前在物理学和天文学中经常用到的现代引力理论。经过长期、大量的实验验证,已经很少有人去怀疑它们的正确性。但是,随着研究的日益深入,现代引力理论面临着越来越严峻的挑战和考验。这主要表现为,近年来所探索的一些重大课题,诸如将量子理论与广义相对论结合起来的努力,自然界四种基本相互作用的统一,宇宙学的奇点的消除等都碰到了困难。有人曾经断言,如果不对现有的理论进行修改和补充     

爱丁顿对天文学的卓越贡献——纪念爱丁顿诞辰一百周年

爱丁顿是本世纪著名的天体物理学家,在恒量内部结构、造父变量的脉动理论、广义相对论和宇宙学等方面,贡献甚多。他的实事求是的工作态度和孜孜不倦的探索精神,在纪念他诞生100周年时,更值得我们学习。     

宇宙演化的奇思妙想

星空和宇宙的奥秘,自古以来吸引着人们,许多学者为探索这一奥秘的科学真理付出了毕生的心血甚至生命.1916年,现代物理学的奠基人爱因斯坦用广义相对论揭示了时间和空间的辩证关系;1919年,爱因斯坦又发表了《根据广义相对论对宇宙学所作的考察》一文,这篇论文成为现代宇宙学的奠基之作. 那么,宇宙是如何诞生和发展的?它的未来又会如何呢?一些站在宇宙学前沿、思想敏锐的科学家,根据爱因斯坦的理论,用他们的心智和才学描绘出一幅幅绚丽多彩、气势宏伟的宇宙蓝图.     

宇宙学:从Robertson到今天

把罗伯特近(Howard Percy Robertson)对宇宙学的杰出贡献提给这次纪念讲演,对我来说是一个巨大荣誉,这感受,通过阅读罗伯特逊过去的优秀作品目录而进一步增强了。要评价罗伯特逊的工作,就必须了解其背景。爱因斯坦创立了广义相对论,它是现代的引力理论。在这理论中,引力和宇宙学都被几何化了。爱因斯坦本人想象了一个空间上封闭的、时间上独立的宇宙。弗里德曼(Alexander Friemann)找到了——或者说猜到了——爱因斯坦方程的一个非静止的宇宙解。哈勃(Edwin P.Hubble)关于遥远星系红移的发现,进一步证实了这样的观念,即宇宙通过其膨胀而进化。     

大尺度有效引力理论与洛仑兹破缺

微波背景辐射的多普勒效应可能意味着在宇宙学尺度上洛仑兹boost不变性的破缺,假定洛仑兹对称性从星系尺度上开始部分破缺,以非常狭义相对理论模型的对称群为例,构造了其相应的规范理论作为大尺度上的有效引力理论,发现这些洛仑兹破缺的引力模型共同特征是即使物质源为普通标量物质时,时空挠率和contortion也一般不会为零,而广义相对论在这种情况下给出零挠率和零contortion,时空联络为Levi-Civita联络.非零contortion的存在贡献一个等效的能量动量张量分布,在星系乃至星系团尺度上的静态解中扮演暗物质角色,在宇宙学尺度上的类Roberson-Walker膨胀解中扮演暗物质与暗能量的角色,很可能会贡献一部分暗物质、暗能量效应.以Sim(2)为例,特别研究了其规范理论的自洽性,包括Maurer-Cartan方程在Sim(2)上的闭合性和以及由Jacobi恒等式在Sim(2)上导致的第一和第二Bianchi恒等式.     

引力的本质是什么?

自然界存在4种基本相互作用力,其中电磁、强、弱相互作用能够成功地进行量子力学描述,但是由广义相对论描述的引力却和量子理论不协调.本文从量子力学和广义相对论出发,讨论了对引力进行量子描述时出现的矛盾,同时介绍当今比较有希望解决这个矛盾的超弦理论对这个问题的解释,最后对引力基本性质的实验检验情况作简单介绍.     

引力波揭秘宇宙新图景

<正>2014年3月17日,哈佛大学史密森天体物理中心宣布,科学家通过南极宇宙河外偏振背景成像(BICEP2)望远镜探测到了原初引力波存在的证据。如果得到确认,其意义不仅在于揭示宇宙大爆炸最初时刻的物理过程、有助于建立一个精确的暴涨理论,还将带来量子力学和广义相对论的进一步融合。关心宇宙学的读者对此也许并不感到意外,《Nature》和     

关于存在引力辐射阻尼的定量证据

爱因斯坦提出广义相对论以后,对静力场中的一些效应、宇宙的时空结构和存在引力波等三方面作出了预言。这三方面的检验都首先是由精密的天文观测完成的。1919年爱丁顿领导的观测队,首先证实了引力场中光线偏折的预言。1929年哈勃发现河外星系的红移与距离之间存在着线性关系,给相对论宇宙学提供了第一个观测根据。去年年底,泰勒等人测出射电脉冲星双星PSR1913 16的公转周期变短,定量地证明了引力辐射阻尼的存在。     

《爱因斯坦与相对论——写在“广义相对论”创建100周年之际》

<正>本书为纪念广义相对论创建100周年而作,作者赵峥教授既是卓有成就的天体物理学与引力相对论专家,又是著作等身的著名科普作家。他早年师从著名科学家、诺贝尔奖获得者普利高津教授,于布鲁塞尔自由大学获得博士学位,归国后数十年倾情于天体物理及引力与相对论研究,成就斐然。曾任北京师范大学物理系主任、北京师范大学研究生院副院长、中国引力与相对论天体物理学会理事长。在科研工作之余,多年从事科学普及工作,体现出了高超的     

宇宙演化的奇思妙想

星空和宇宙的奥秘,自古以来吸引着人们,许多学者为探索这一奥秘的科学真理付出了毕生的心血甚至生命。1916年,现代物理学的奠基人爱因斯坦用广义相对论揭示了时间和空间的辩证关系;1919年,爱因斯坦又发表了《根据广义相对论对宇宙学所作的考察》一文,这篇论文成为现代宇宙学的奠基之作。     

太空突破:人类捕获首张黑洞照片

<正>天文学家捕获首张黑洞照片,开启了人类对宇宙中最神秘天体的一场认知革命。照片显示了一个由尘埃和气体构成的光环,勾勒出了一个巨大黑洞的轮廓,这个黑洞位于距离地球5 500万光年外的大质量星系M87中心。什么是黑洞?100多年前,爱因斯坦提出广义相对论,把引力视为由物质和能量造成的时空弯曲,最早预言了黑洞的存在。     

引力和相对论天体物理第六次学术讨论会在贵阳举行

引力和相对论天体物理第六次学术讨论会于1986年8月4～9日在贵阳举行。与会代表120余人,会议就近年来引力理论的进展、时空拓扑性质、超弦理论、量子宇宙学、大尺度结构的量子现象、卡卢扎-克莱因理论、超荷、引力波实验的进展、中子星研     

暗能量的理论问题

暗能量是近几年宇宙学的重大发现之一。它的存在给宇宙学、引力理论和统一理论提出了一个重大难题。我们简要解释目前存在的各种暗能量理论和模型。指出暗能量的最终理解将深化宇宙学和统一理论的研究。     

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。     

广义相对论和引力理论的变革--相对论百年札记之二

发端于百年前的爱因斯坦相对论体系。包括狭义相对论、广义相对论和宇宙论，引起有关空间和时间、物质和运动、引力和宇宙等领域一系列重大进展。当前这个体系却面临着变革。有关暗宇宙观测数据的分析，是以爱因斯坦场方程和宇宙学原理为基础的。然而，结果却向以相对论和量子理论为基础的现代物理学提出重大疑难。这是物理学面临的空前挑战。