广义相对论和Brans-Dicke引力理论下的行星进动与星光偏折

作为两种重要的候选引力理论,广义相对论以及Brans-Dicke引力理论对于理解天体及宇宙的形成与演化具有重要的意义.本文在广义相对论和Brans-Dicke引力理论下,考察恒星附近的行星进动以及星光偏折效应.首先推导出恒星周围的静态球对称背景时空下粒子轨道方程的普适形式;然后分别针对两种引力理论,进一步利用相应的真空场方程的静态球对称精确解推导出描述行星及星光轨道方程,其为非线性的二阶常微分方程;利用微扰法求解轨道方程,得到了含高阶修正的近似解,进而给出了对应的行星进动角和星光偏折角.本文对利用更高精度的实验观测来检验、甄别引力理论具有重要的意义.     

《从零学相对论》连载(23)

正§8.6相对论在GPS(全球定位系统)中的应用相对论在许多人的心目中有如下特点:①新奇有趣;②难度颇高;③毫不实用.下面谈谈特点③.狭义相对论在日常生活中毫不实用的关键原因是日常接触到的速率都太低.一旦涉足高能物理学领域,由于高能粒子通常都有很高的速率,狭义相对论就大有用武之地,而且变得不可或缺.然而,与物理学的其他分支相比,狭义相对论在国民经济和日常生活中的应用似乎还是非常罕见.至于广义相对论,虽然它在近代天体物理学(特别是黑洞和宇宙论)中必不可少,但过去一直认为它与国计民生以及日常生活毫无关联.有趣的是,有一件与日常生活息息相关     

广义相对论的几个问题

介绍了爱因斯坦如何建立广义相对论,以及人们应该如何理解这一关于时间、空间和引力的理论.     

《广义相对论入门讲座》连载——狭义相对论

广义相对论诞生至今已快100年了,然而了解此领域的人依然十分稀少.一般人认为广义相对论与实验联系较少,缺乏科研上的动力,而且在物理理解和数学运算上都十分困难,需要付出巨大努力才能进入这一用处不大的领域.然而,近年来随着中子星、黑洞、引力波和宇宙学领域的发展,广义相对论找到了广阔的应用空间,越来越多的人感到了对广义相对论知识的需求.其实,广义相对论也不像一般人想象的那样难学.数学上的困难源于一般人不熟悉黎曼几何与张量分析.作者从长期的教学中体会到,实际上可以采用"急用先学,立竿见影"的方式,用较短的时间把初学者引入广义相对论和黎曼几何的大门,使他们不仅了解广义相对论的物理思想,学会初步的运算,而且能看懂相对论天体物理学的文献,并尝试参与广义相对论及相关领域的初步研究.有志于钻研广义相对论的人,还可以在此基础上,"干中学",在出科研成果的同时,不断加深对广义相对论的理解,逐步成长为这一领域的教师和科研专家.本讲座就是这方面的一次尝试,望对广义相对论有兴趣并有志于学习它的人,参与这一进入科研前沿的尝试.本讲座共分8讲,目录如下:狭义相对论;广义相对论的物理基础;黎曼几何中的张量;度规张量;时间与空间;测地线、联络、曲率与挠率;爱因斯坦场方程;广义相对论的实验验证.本刊将以连载的形式分8期刊登.     

学一点数学史(续)——谈谈中学数学教师的数学史素养

这就是希尔伯特第 3 问题.希尔伯特第3问题,正是指向了数千年来数学家们一直努力求解的体积理论基础的谜团.     

《广义相对论入门讲座》连载③——黎曼几何中的张量

1黎曼几何的建立几何学起源于古埃及尼罗河水泛滥后土地的丈量.公元前300年左右的数学家欧几里得总结和发展前人积累的知识,完成了《几何原本》一书,搭起了欧几里得几何学的框架.欧氏几何,以它逻辑的严密,形式的完备和优美,两千年来为数学家和哲学家所倾倒.唯一使人感到美中不足的是它的第五公设,即平行公理.此公理说,"过直线外的一点,可以引一条、并且只能引一条直线与原直线平行(不相     

《相对论、宇宙与时空》连载⑧——相对论预言的天体(黑洞)(下)

5 黑洞热力学 人们认为激发态的黑洞具有生命力,而基态的黑洞则是一颗死亡的星,是恒星演化的最后归宿.基态的史瓦西黑洞除去能不断吞食物质外,不会再有任何物理过程.然而,这个认识很快就被推翻了,基态的黑洞,实际上也是一颗充满生命力的活跃的星.我们先看一下黑洞的"无毛定理"和"面积定理"[3-14].     

Solitonic Information Transmission in General Relativity

An exact solution of the vacuum Einstein＇s field equations is presented, in which there exists a congruence of null geodesics whose shear behaves like a travelling wave of the KdV equation. On the basis of this exact solution, the feasibility of solitonic information transmission by exploiting the nonlinearity intrinsic to the Einstein field equations is discussed.     

Gravitational Gauge Interactions of Scalar Field

Quantum gauge theory of gravity is formulated based on gauge principle. Because the Lagrangian has strict local gravitational gauge symmetry, gravitational gauge theory is a perturbatively renormalizable quantum theory. Gravitational gauge interactions of scalar field are studied in this paper. In quantum gauge theory of gravity, scalar field minimal couples to gravitational field through gravitational gauge covariant derivative. Comparing the Lagrangian for scalar field in quantum gauge theory of gravity with the corresponding Lagrangian in quantum fields in curved space-time, the definition for metric in curved space-time in geometry picture of gravity can be obtained, which is expressed by gravitational gauge field. In classical level, the Lagrangian and Hamiltonian approaches are also discussed.