"引力"七问

1 引力是什么 牛顿在17世纪就认识到宇宙中任何地方的一切物体的引力作用方式是相同的,且两物体间的吸引力与它们的质量的乘积成比例,与它们距离的平方成反比,即著名的"引力的平方反比律."爱因斯坦在20世纪初发表的广义相对论是研究物质在空间和时间中如何进行引力相互作用的理论,它将平方反比律解释成时空因物质和能量的存在而发生畸变的结果,并把牛顿理论包含在内.     

爱因斯坦与宇宙常量

1917年，爱因斯坦发表了他的关于整个宇宙时空结构的理论——广义相对论。同时，他猜想宇宙是静止的，但是他的广义相对论方程的解却是时间的函数，也就是说，从广义相对论方程来看，宇宙是运动的，为了解决这一矛盾，爱因斯坦在方程中增加了新的一项——宇宙常数项，修改了他的方程。可是后来的天文学研究发现宇宙其实不是静止的，而是向外膨胀的，爱因斯坦很后悔在方程中增加了宇宙常数项，他也因此非常遗憾地错过了预言宇宙的膨胀。     

软光子定理与电磁学记忆效应

正在广义相对论体系中,引力波指的是时空弯曲的涟漪以波的形式由辐射源向外传播。1916年爱因斯坦基于广义相对论预言了其存在性。引力波不存在于牛顿的经典引力理论中,因为牛顿引力理论假设物质之间的引力相互作用是一种超距作用,即传播的速度是无穷大的。所以引力波也是验证     

引力波探测的现状和意义

 引力波是广义相对论的一个理论预言。1916年爱因斯坦创立广义相对论,揭示了一个全新的时空观念:时间和空间并非绝对和独立地存在,它们是相互联系的,由物质分布和运动所决定的属性。在时空中运动的物质,其轨迹由时空曲率决定。这种时空结构的几何化概念,对引力的本质提出全新的解释,是一种新的引力理论。一、引力波是变化着的4维时空曲率的传播物质的引力场是一种无需介质的广延场,与电磁场相类比:电荷的加速运动能辐射电磁波,那么,理论上物质的运动也辐射引力波。爱因斯坦在引力场方程的弱场近似解中得到平面引力波辐射的结论。近代其他引力理论也得出存在引力波的预言。     

弯曲的时空

 在牛顿时代给出的绝对时空观中,时间与空间都是绝对的,彼此无关。即时间与空间都是彼此独立的,互不相关,并且不受物质和运动的影响。1905年爱因斯坦建立的狭义相对论时空观中,时间、空间和运动三者相互关联,它们都伴随着物质的存在而存在。但未能说明引力与时空的关系。1915年爱因斯坦建立了广义相对论。它揭示了空间、时间、物质、运动的统一性,几何学和物理学的统一性,解释了引力的本质,也为现代物理学和宇宙学的发展打下了重要的基础。广义相对论的一个重要结论,是我们的时空是弯曲的。广义相对论告诉我们,在引力物体的近旁,空间和时间要被扭曲。     

发射“引力探测器B”验证广义相对论

 只有不断向既有学说发起挑战,才是不断带来革命性发现的科学探索精神。美国东部时间2004年4月20日13时,美国宇航局“引力探测器B”卫星成功升空,它的使命就是对世界著名科学家爱因斯坦1916年提出的广义相对论进行进一步验证。一个命运多舛的探测卫星20世纪30年代,英国著名剧作家肖伯纳曾说过一段名言:古希腊天文学家托勒密创立地心宇宙学说,其统治地位延续了2000年;英国物理学家牛顿提出万有引力学说,200年后受到质疑;爱因斯坦发表相对论学说,究竟能维持多久则不得而知。     

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     

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。     

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。     

为什么宇宙学常数如此之小

1916年,爱因斯坦给出广义相对论场方程 其中R,g和丁分别是曲率、度规和能量-动量 张量,G是牛顿引力常数.然而,此方程不存在 静态宇宙解.在当时,宇宙的哈勃膨胀尚未被 观测到,爱因斯坦更倾向宇宙的静态模型.因 此,他在场方程左边又加上一项gμνλ,并把新引 入的未定参数L称为宇宙学常数.若λ为正,相 当于引入一等效于排斥力的项,它和引力的吸 引相抵消,使得有可能存在静态宇学解.当 星系红移测量表明宇宙并非静态之后,爱因斯 坦曾给韦尔写信说,如果字宙并非静态就去掉 宇宙学项. 可是,从现代量子场论看来,宇宙项很难去 掉.实际上,在场方程…     

脉冲星计时阵探测引力波

正一、引言一百年前,爱因斯坦发表了著名的广义相对论并预言了引力波的存在。在广义相对论中,引力被描述成时空弯曲的几何效应。物质和能量的分布引起时空的弯曲;这种时空的曲率反过来"指导"身处其中的物体如何运动。一般来说,加速运动的物体会引起时     

捕捉引力波

 一、足够精确的牛顿引力理论在宏观物理世界中,引力是一种主要的作用。太阳东升西坠,地球四季交替,海水潮涨潮落,众多自然现象都受到引力的支配。1687年,牛顿在前人的研究基础上,导出了万有引力定律。利用万有引力定律可以圆满地解释哥白尼的学说和开普勒的行星运动三定律。牛顿引力理论的精彩之处还有准确地预言了海王星和冥王星的存在,指导天文学家成功地发现了这两颗太阳行星。按牛顿的引力理论,两物体间的引力作用是瞬间完成的。但爱因斯坦认为,光速是任何作用的极限速度,因此引力作用不可能在瞬间实现。1905年,爱因斯坦发表著名的历史文献《论动体的电动力学》,建立了狭义相对论。在以后     

从罗伯森到今天的宇宙学

爱因斯坦创立了引力的现代理论——广义相对论.这一理论将引力和宇宙学都几何化了.爱因斯坦本人曾设想过一种空间封闭的定态宇宙.弗里德曼发现(或猜想)了一种爱因斯坦场方程的非定态解.哈勃发现了遥远星系的红移,从而证实了宇宙膨胀演化的观念. 罗伯森采取了一条在逻辑上和数学上都严格的途径.在假定宇宙是严格均匀和各向同性的情况下,他找出了所有可能的“宇宙学”.他的结果和弗里德曼的猜测一致但更为可信. 罗伯森继后还探讨了这个解的所有观测性质:如天体的红移、角大小、亮度等与光从发射到接收所经历的时间的关系. 1965年发现了宇宙微…     

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…     

引力的"磁性"是怎么回事

爱因斯坦广义相对论的重要结论之一是引力也应有“磁”分量，两个旋转物体之间会有引力“磁”矩的相互作用．而按牛顿引力论，两个物体的引力只决定于二者的质量，并不与二者旋转运动方向有关．因此，检验是否存在引力“磁”分量，乃成为区别牛顿引力论与广义相对论的关键之一．检验的方法是利用旋转物体，例如，在空间放置一个陀螺，按牛顿理论。     

《相对论、宇宙与时空》连载⑤——爱因斯坦与狭义相对论(下)

4 广义相对论的实验验证 爱因斯坦发表广义相对论的时候,求出了场方程的一些近似解.他提出了3个检验广义相对论的实验:1)引力红移;2)轨道进动;3)光线偏折[1,2,4-17].     

爱因斯坦与广义相对论的诞生——纪念广义相对论发表100周年

介绍了爱因斯坦建立广义相对论的伟大贡献.他最先发现了等效原理,最先指出万有引力本质上是时空弯曲的几何效应.爱因斯坦也是最先给出广义相对论基本方程——场方程的人.他提出的检验广义相对论的3个重要实验已被观测所证实.爱因斯坦是广义相对论的唯一创建者.     

1854年6月10日:黎曼论弯曲空间的经典演讲

 1915年,爱因斯坦基于他在狭义相对论提出的四维时空概念,发表了广义相对论,改变了我们对宇宙的看法。他说明时空中的翘曲与弯曲,乃是对质量与能量的响应。广义相对论的几何基础是由德国数学家黎曼（G.Riemann）于大约60年前的研究所奠定的。     

现代宇宙学简史

 自爱因斯坦发表广义相对论以来已有一百年,该引力理论得到了广泛验证也推动了基础物理的蓬勃发展。现代宇宙学正是爱因斯坦引力理论下发展极为成功的一门学科。本文旨在回顾现代宇宙学的发展简史,详细阐述研究现状和所取得的一系列科学成就,并对它的未来发展做一个展望。     

亨利,卡文迪什,约翰.冯.索尔特纳和光线的偏转

大约在1784年,亨利·卡文迪什就已经在牛顿理论和光的粒子模型的基础上计算了光线的引力偏转,但他从未发表过自己的这一计算.他比冯·索尔特纳 (Johann Georg von So-ldner)首次发表的计算几乎早20年.他们两人的结果略有差别,这是因为卡文迪什讨论从无限远处发射的光,而索尔特纳则讨论从引力物体表面发出的光.在第一级近似时,他们的结果相互一致,都是广义相对论所预言并由实验证实的数值的一半. 当提起引力物体引起光线偏转这一概念时,通常就会想到爱因斯坦的名字,因为他在1915年11月曾利用广义相对论计算并预言了现在为大家所公认为正确…