广义相对论的实验验证

 自1687年《自然哲学的数学原理》问世以来,牛顿力学取得了很大的成功与发展。很少有理论能和万有引力定律的预言的准确性相比拟。但即使如此,牛顿的理论也不是十分完善的。一个例子是水星的近日点的进动。水星轨道长轴的方向在空间不是固定的,在一世纪内会转动5601秒弧度。用牛顿理论计算出所有行星对它的影响后,还差43秒弧度与观测不符,另外,牛顿引力理论有一个很严重的缺陷,就是它认为引力的传播不需要时间。例如,如果太阳表面某处突然爆发日珥(喷出明亮的气团),按牛顿理论,其引力变化在地球上即时即可发现,这一点直接违反了狭义相对论.     

水星轨道的第二个广义相对论效应:径向运动修正

水星椭圆轨道近日点的进动是广义相对论的经典检验之一.除了这一轨道进动即角度修正之外,轨道径向也有修正且这一修正已达10 km量级.由于测距技术的进步,这一轨道的径向修正已经可以被测量出来.     

关于水星近日点进动计算的方法

水星近日点的进动现象是广义相对论的一个重要实验验证.根据广义相对论,从史瓦西度规和测地线方程出发,可推导出行星绕日运行的轨道微分方程.考察以往文献,对方程的求解方式作改进,分别采用PLK方法和椭圆函数解两种方式求解方程,目标都是解得行星运行的角频率及周期.在分别得到两种求解方法的结果后,进而描述了二者之间的关联.最后,得出了近日点进动角的表达式,代入具体的物理量计算后,能够得出水星近日点的进动角度值并最终可知其与天文观察值相符合.     

巧用椭圆方程求解拱点速度

开普勒定律告诉我们，每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点中。现设某一行星绕太阳做椭圆运动的轨迹如图1所示，图中坐标原点 O为中心天体所在位置，点 P为椭圆中心，绕行天体椭圆轨道的长轴所在直线为 x轴，a和 b 分别为椭圆半长轴与半短轴，c 为半焦距（a2＝ b2＋ c2），则可以得出轨迹方程。     

荷电天体引力场中试验粒子进动的后牛顿解法

采用后牛顿近似方法分析讨论了荷电天体引力场(即Reissner-Nordstr(o)m度规场)中试验粒子的轨道进动情况,给出了荷电量Q对试验粒子轨道进动的影响.     

量子引力和弦论在中国

直到20世纪60年代,爱因斯坦的广义相对论一直是理论物理中理论色彩最浓的一个分支,那时广义相对论的主要实验验证是水星近日点进动、太阳引力场中的光线弯曲、引力红移。直到宇宙学和涉及强引力场的一些天体物理问题成为实验观测对象后,广义相对论才成为和其他物理理论（如粒子物理）类似的学科。与此同时,人们开始尝试将引力和量子力学结合起来,这就是著名的量子引力或引力量子化问题。     

质量四极矩场中的轨道进动效应

用参量化后牛顿(PPN)方法计算了质量四极矩对于试验物体轨道进动的影响,得到了在天体物体方面很有意义的优越标架效应和对几个PPN参量的限制. 关键词： 参量化 后牛顿 引力效应     

关于广义相对论的第四个验证

广义相对论的三大验证(引力、红移、光线偏折和水星近日点进动)是爱因斯坦在建立广义相对论时提出来的.1964年Shapiro提出了第四个检验,即“雷达回波时间延迟”实验[1].后来,实验结果以越来越高的精度证明了广义相对论的这个预言.本文的目的是介绍时间延迟效应的理论计算和实验     

博斯科维奇（Boskovich，Ruder，1711-1787）南斯拉夫-意大利天文学家（Astronomer，Yugoslavia-ltaly）

博斯科维奇曾提出根据行星的三次观测位置可以算出行星的轨道。他于1758年出版了一本《自然哲学理论》，系统地阐述了他自己的原子论。他说，他的原子论是博采牛顿的思想和莱布尼兹的原子论的长处综合而成。他的原子是几何点，没有广延，有点像牛顿力学中的质点；他的原子是不可分和不会变的。     

对广义相对论更精确的实验检验

1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论．10年后，他又基于等效原理建立了广义相对论，认为时、空性质决定于物质的分布．爱因斯坦根据广义相对论解释了天文学中长期未解决的一些问题：如水星近日点进动的剩余量，并预言了日全食时星光在太阳引力场中的偏转以及引力场中的光谱线向红端移动．这些预见在爱因斯坦逝世(1955年4月18日)以前就已为天文观测所证实．     

地磁场对带电人造卫星运动的影响

本文利用电磁学、理论力学等方法研究了带电的赤道卫星在地磁场中做椭圆轨道运动时地磁场对轨道运动的影响。研究结果表明:地磁场对带电卫星的轨道长轴没有摄动影响,但对轨道偏心率和近地点均有进动影响,且近地点不仅有周期变化影响而且还有长期变化影响。由计算实例表明:当卫星自身带电量较大时(如1库仑电量),这种影响必须予以考虑。     

引力场的二分量理论和验证广义相对论的新实验

美国斯坦福大学以W.Fairbank为首的研究组,正在考虑验证广义相对论的极为精密的新实验. 从1915年爱因斯坦发表广义相对论以来,通过水星近日点的移动,光线在引力场中的折射及光谱线的红移等现象的观测,验证了广义相对论的正确性.但是,上述新实验是以最近提出的引力场二分量理论来验证广义相对论的一种新尝试. 众所周知,电磁场中有电场和磁场.与此相似,可认为引力场也由两个分量所构成.由于牛顿势和库仑势在形式上是相同的,因而牛顿势对应于电场势.根据牛顿引力理论,不存在对应于磁场的分量.而按上述理论,在广义相对论所讨论的引力场中必然存…     

邮票上的物理学史⑩--牛顿(续)

1679年,牛顿又回到引力的研究上来.按照前面他自己的说法,他早在1666年就已从开普勒定律推出,使行星沿椭圆轨道运动的力必定指向太阳,并和它们到太阳的距离平方成反比,但是他没有公开发表.后来别人(如胡克)也得出了这一看法.这个问题的逆问题,即在平方反比的有心引力作用下行星沿什么轨道运动,则要难得多(正问题只是一个求微商的问题,逆问题则要对运动方程求积分).1684年的一天,胡克、天文学家哈雷和著名建筑师雷恩在一起讨论这个问题,胡克声称他已解决了这个问题,但却给不出数学证明.雷恩因此决定悬赏征解.哈雷是牛顿的好朋友,他专程到剑桥请教牛顿.牛顿肯定回答轨道是椭圆(一般情况下为圆锥曲线),他几年前就已算过.但一时找不到原来的手稿,牛顿答应重新写出来.三个月后,牛顿写出了论文<论运动>,就行星运动和平方反比力的关系作了严格的数学证明.哈雷对此文极为赞赏,并怂恿牛顿写一本专著.     

热行星上的黑冰

 太阳系最靠近太阳的行星是水星,尽管体积较小的它遭受太阳炙烤,但仍可能存在广阔的冰区。20 年前,地面观测发现水星极地附近有一小片高反射区域,说明存在冰。     

给天文学家出难题的行星——水星

 水星是离太阳最近的行星——这“近”当然是天文学意义上的“近”:水星在近日点和远日点离太阳的距离分别约为4600 万千米和7000 万千米。水星不仅离太阳近,离地球也不远,最近和最远距离分别约为7700 万千米和2.2 亿千米,以最近距离而论是离地球第三近的行星(仅次于金星和火星)。     

空间目标共视观测定位的误差分析

通过两台光电望远镜对空间目标共视观测能够定位空间目标,并且能够解决光电望远镜短弧测角数据的初轨确定问题,但其定位精度与空间目标和两台光电望远镜所形成的观测几何有关。首先对空间目标共视观测定位误差进行分析,然后推导其均方根误差的解析表达式,最后基于长春站和上海佘山站并结合不同轨道高度的低轨激光星CPF(Consolidated Prediction Format)星历生成仿真共视观测数据,用来对空间目标共视观测定位以及定轨精度进行分析。结果表明,两台光电望远镜对低轨空间目标的定位精度能够达到100 m,利用定位数据进行初轨确定可以得到轨道的半长轴误差小于10 km。     

牛顿第三定律的研究

1引言 牛顿第三定律是牛顿力学的重要基础之一.在物理教学中,往往会碰到牛顿第三定律不能给予正确的解释的例子,如两个运动电荷之间的相互作用.下面我们就这一问题进行一些探讨.     

计算地球轨道的偏心率

一、引言 关于用天文数据资料计算地球轨道偏心率的问题在1983年由Baierlein所著的动力学一书中有过近似计算.本文是根据地球绕太阳运行的近日点,直截了当地为计算偏心率推导出一个严格的超越函数方程,并由此方程进一步得出一个近似的三次方程,最后由三次方程的物理解给出一个相当好的地球轨道偏心率的近似值.二、计算 图1表示了地球绕太阳运行的椭圆轨道以及冬至(12月22日)、春分(3月21日)、夏至(6月22日)和秋分 (9月23日)的点 W、V、S和 A.从秋到春经过冬(179天)的间隔小于从春到秋经过夏(186天)的间隔.这意味着(通过开普勒第二定律)地…     

称量地球质量的人:卡文迪什及万有引力常量的测定——"最美丽"的十大物理实验之二

在牛顿于1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中,第一次提出了万有引力定律.牛顿用这个定律成功地解释了月球的运动,说明了木星的卫星和太阳系行星的运动与月球绕地球的运动都是同一类型的运动,并且他对行星运动的解释与大量天文学观测的数据相符;他用太阳和月球对海洋的万有引力解释了海洋的潮汐;他证明了彗星的轨道是扁长椭圆或抛物线.     

星体为什么会发射X射线?

太阳是我们最先观测到的发射X射线的星体.由于地球大气对X射线的强烈吸收,所以直到1948年火箭带着仪器离开大气层后才测量到太阳的X射线.1960年4月得到了第一张太阳的X射线照片[1].几年后,轨道高能天文观测台1号及荷兰天文卫星发现,天空布满了明亮的X射线星,有的甚至比太阳的X射线强好几个量级,随着技术的发展,1978年发射的轨道HEAO-2爱因斯坦观测站发现,几乎每一颗星,不论是年老的还是年轻的,大的或是小的,热的还是冷的,都能发射X射线[2-4],只有冷巨星、超巨星和白矮星例外.可见星体发射X射线并不是一种异常现象,而是正常现象. 深入的…