"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.     

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…     

重力加速度的新探索

简要介绍了重力加速度在理论和实验上的新探索，即“引力常数Ｇ”的可变性对重力加速度的影响，阐述了在广义相对论等引力理论基础上重力加速度的后牛顿效应．     

旋转物体的等效原理及其空间实验

文章回溯了等效原理的历史,解释了弱等效原理(伽利略等效原理)、强等效原理(爱因斯坦等效原理)和甚强等效原理.实验检验表明,到10-13的实验精度时,没有观测到等效原理的破坏.文章最后,也是文章的主要目的,阐述了广义相对论的不足,即不能描写物质的自旋与引力场的耦合.自旋粒子或自转物体的能一动张量既有对称分量,也有非对称的分量,还有自旋张量.但是广义相对论的引力场方程中只包含了能-动张量对称分量,不包含反对称分量,更没有自旋张量的贡献.涉及自旋与引力场耦合的理论是(有挠率场的)引力规范理论,该理论预言:自旋粒子或旋转物体将偏离测地运动,因而破坏等效原理.为了检验这种破坏,文章作者及其合作者建议进行地面实验和空间实验.     

对惯性质量与引力质量相等的讨论

许多教科书上都谈到了表现物体的惯性的质量称为惯性质量，而决定两物体间引力的质量称为引力质量．然而读者不容易懂的地方在于为什么会出现两种质量．万有引力定律不是清清楚楚地写着：“两物体问的引力和质量成正比”么？这里已经说了引力和质量成正比，为什么又要讨论这个质量与牛顿第二定律里的质量的差别呢？问题再提尖锐一点：为什么没有人讨论库仑定律中的电量q和电容器公式中的电量q的区别呢？这个问题提得不是没有一点道理的．     

黑洞及其视界附近的物理规律

 人类对黑洞的认识过程在1796年,法国天文学家拉普拉斯在他的著作《宇宙体系论》中就预言:如果它引力足够强,光速也不足以成为逃逸速度的话,我们可能会看不见它。宇宙中最大的天体可能是完全看不见的,这种观点是建立在牛顿引力理论基础上的,当时没有任何办法能够验证他的想法。直到100年后,爱因斯坦发表了广义相对论,它在基本概念上与牛顿引力理论完全不同。在广义相对论中,空间和时间构成了一个四维时空,时空的几何性质与物质,通过爱因斯坦引力方程联系起来,物质是引力的源,也决定了时空的弯曲。广义相对论发表后不久,德国天文学家史瓦西立即对球对称的情况求出了爱因斯坦引力方程的解。     

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     

"牛顿水桶"液面方程的几种巧解

牛顿在1689年构思了一个理想实验,即著名的“水桶实验”．在“水桶实验”中,一个注水的水桶起初保持静止．当它开始发生转动时,水桶中的水最初仍保持静止,但随后也会随着水桶一起转动,于是可以看到水渐渐地脱离其中心而沿桶壁上升形成凹状,直到最后和水桶的转速一致,水面相对静止．辩证力学的理论预言是：在地球的引力场内,旋转水桶中水面形状由平变凹,其形状是抛物线旋转曲面．笔者尝试从几种不同角度证明最后稳定时液面的形状是抛物线旋转曲面．     

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。     

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。