引力波

一、引 言 万有引力是物质之间一种极为普遍的相互作用.按照牛顿的万有引力定律,自然界中任何两个物质之间都存在着相互的吸引力,这种作用力的大小是与它们质量的乘积成正比,与它们之间的距离平方成反比.但是,在牛顿的引力理论里,认为这种作用的传递是不需要时间的.牛顿的场方程中不包会任何时间的微商项,这就意味着物质分布的改变将立即引起空间各点引力势φ的变化,即引力作用的传递是“瞬时”的.换句话说,即引力相互作用的传播速度为无穷大,而这是与狭义相对论关于任何物理效应都不能快于真空中光速的要求相矛盾的.1916年,爱因斯坦提出了…     

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.     

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.     

引力的前世今生

从牛顿万有引力公式到爱因斯坦的广义相对论,人们对引力的认识经历了一个曲折的过程。随着今天引力波的发现,让我们来回顾一下在这一个世纪里人们对引力发展的认识过程~([1])。1687年:牛顿引力艾萨克·牛顿在出版的《自然哲学的数学方法》一书中对引力进行了全面描述。这为天文学家预测行星的运动提供了精确手段,但它并非没有瑕疵,例如无法精确地计算水     

万有引力与空间弯曲

１６８７年著名的物理学家牛顿出版了伟大的科学著作《自然哲学的数学原理》,在这部著作中,写下了牛顿三大运动定律、万有引力定律等力学定律．牛顿运动定律总结提炼了当时已发现的地面上所有力学现象的规律,形成了经典力学的基础,并且至今仍在许多工程技术中发挥着从未衰退的作用．而万有引力定律成功地解释了星体的运动规律,计算出了行星的运行轨道和三个宇宙速度,指出了引力存在于宇宙万物之中,宣布了天上地下的物体都遵循同样的规律,彻底否定了亚里士多德的天地有别的思想．这是人类认识史上的一次大飞跃,也是人类正确认识天体…     

万有引力与向心力公式中r的不同含义

万有引力定律是牛顿在1687年于<自然哲学的数学原理>上发表的.牛顿的普适万有引力定律表示如下: 任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引.该引力的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关.     

引力波和引力透镜

 引力是物质世界的一种客观属性。大科学家牛顿以精确的数字形式表达了万有引力定律,建立了人类对引力认识的第一座里程碑。后来,牛顿引力理论对解释一些天体物理问题却遇到了困难。爱因斯坦于1916年提出了著名的广义相对论,其中预言宇宙中存在着“引力波”。引力波即引力的波动,它与引力的强弱变化有关。引力波可由加速运行的物质产生,其传播速度应等于光速。在理论上,任何运动的物质都会产生引力波。比如,如果你把一只台球悬挂起来,使它像打秋千似的荡来荡去,当它荡到比较靠近你时,其引力作用比离你较远时更为大些,就形成引力波。换句话说,球的摆动,使它的引力发生一种像波那样起伏的变化。     

量子引力研究进展简介

 广义相对论是描述时间、空间与引力的理论,既是对狭义相对论的重要推广,也是继牛顿万有引力定律之后发展起来的最重要的引力理论。     

爱因斯坦:试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅰ)

 在牛顿统一了天上力和地上力、麦克斯韦尔统一了电力和磁力之后,电力的库仑公式和磁力的安培公式与牛顿万有引力公式在数学形式上的相似,使人很容易联想到电磁力与引力的统一。爱因斯坦,在1905年创立狭义相对论、1915年创立广义相对论分别改进和完善了麦克斯韦电磁理论和牛顿引力理论之后,试图统一电磁力和引力,花费了后半生近30年的时光去建立统一场论,但至死未能如愿。本讲,我们先介绍爱因斯坦生平;然后介绍他的成功之作:狭义和广义相对论;最后介绍未能完成的统一场论。     

一种证明引力大小与质量乘积成正比的数学方法

若z=k 1x, z=k 2y, 两式相乘可得z 2 =k 1 k 2x y. 貌似可以得到z 2 与x y的乘积成正比. 可在高中物理 教材上, 在行星与太阳间引力大小的推导中, 由圆周运动知识、 开普勒定律和牛顿第三定律得出: 引力大小与行星 质量成正比, 与太阳的质量成正比, 可结论却是引力大小与它们质量的乘积成正比, 这是为什么呢?     

火星的现在,地球的未来

 在“勇气”号登陆火星时,美国一位科学家指出,火星的现在预兆地球的未来。下面将根据天体运动规律和一些天文资料对此作简单的说明。一、行星运行轨道的理论分析太阳系内行星绕太阳做椭圆运动,为简单起见我们将其视为匀速圆周运动。设太阳的质量为M,行星的质量为m,太阳与行星之间的距离为r,万有引力常量为G,万有引力为F。根据牛顿的万有引力公式,得F=GMm/r²。(1)设行星绕太阳做匀速圆周运动的周期为T,其向心加速度可表示为a=v²/r=ω2r=(2π/T)2r。根据牛顿第二定律,得F=ma=m(2π/T)2r,(2)由(1)、(2)得T=2πr3/(GM)。     

爱因斯坦后期的构思:基本相互作用与空间-时间性质的统一

 从远古时代起,人们就力图用尽可能少的综合概念来解释自然界的全部复杂性.从这个观点看来,在物理学史上并列着三个名字:牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦.这些科学家都在统一自然规律方面取得了最大的成就.三百年前,牛顿把地球引力(支配苹果落地的力)和天体引力(保持行星在太阳周围轨道上运动的力)视为同一种力,统一了地球引力和天体引力.     

熵力:对引力的新阐释

人人都感受到引力的存在,但要阐明引力究竟是什么却非易事.虽然引力已被牛顿和爱因斯坦先后发现的定律成功地描述,但我们仍不清楚宇宙的基本性质是如何结合起来产生所观察到的现象的.现在,荷兰阿姆斯丹大学的理论物理学家弗林     

邮票上的物理学史——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...     

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.     

也谈万有引力定律

万有引力定律是体现物理定律普适性的经典楷模,也为后来的库仑定律制定了模板.当然,中学教材在推导该定律时都是从匀速圆周运动入手的.笔者对其过程略有思考,故而也来谈谈. 先说一下笔者讲述万有引力定律的大致过程:首先是由苹果砸醒牛顿的故事引入,之后引导学生猜测苹果所受重力与月球所受向心力是同一性质的力.即是说,若是在太空中给苹果一个适当的初速度,它可以像月球一样旋转而不掉下来;反过来,若是一个巨人伸出手来将旋转的月球拦住,然后再松开手,那么月球也会像苹果一样掉下来.接着就跳转到太阳系,猜测太阳与行星之间也存在同样性质的引力.本节内容正是要寻找能够将这三种力统一的普适表达式.     

牛顿万有引力定律的建立

万有引力定律的建立是牛顿“从运动现象研究自然力”的一个最辉煌的范例．本文将依据牛顿在各个时期写的手稿与论著，探讨牛顿论证的特色以及牛顿引力思想的发展过程．     

试论在理性探究中关注学生的思维与情感

结合“ 万有引力定律( 包含太阳与行星间的引力) ”的主要教学过程, 尝试了关注学生思维与情感的理 性探究教学, 利用情感驱动促使学生主动地学习、 积极地思考, 体会由“ 物”到“ 理”不断升华的认识过程, 养成好奇、 追求、 体验、 经历、 分析、 思辨的好习惯, 发展思维能力     

打压替代引力

正众所周知,爱因斯坦广义相对论描述万有引力,但一些试图替代相对论的引力理论也声称其合理性。不过,依据中子星并合时发出的引力波和电磁波观测,理论家们最近严格约束了这些替代引力。广义相对论(简称GR)非常成功地描述万有引力,覆盖行星、恒星、黑洞、星系等若干层次。GR预言宇宙的膨胀,但也有个短板:如何解释宇宙的加速膨胀。鉴于所有辐射、可见物质和暗物质等都施加向内"拽"的力,宇宙理应减速     

暗物质粒子探测和LHAASO实验

<正>一、我们的宇宙很"黑暗"理解我们所生存的宇宙长期以来一直是人们孜孜以求的目标。根据日月星辰的运动,人们从中学会了昼夜交替和季节变化的规律,并将其用于农业生产和历法授时;通过行星的精确运动规律,开普勒总结出了行星运动三大定律并导致了牛顿提出万有引力定律;望远镜的发明极大地拓展了我们