等效原理与双生子问题

爱因斯坦等效原理是广义相对论的基石,引力场的钟慢效应和引力红移效应是等效原理的两个基本推论;双生子问题属于狭义相对论的范畴.等效原理与双生子问题间的联系在相对论的教学中常被忽视.文章基于爱因斯坦等效原理,将匀加速系统与一个均匀引力场等效起来,详细地推导出引力场的钟慢效应,并证明了与之本质相同的引力红移效应;最后根据等效原理的这些基本推论在广义相对论框架下讨论了双生子问题,并用一个清晰的物理图像给出了双生子问题的广义相对论解释.     

引力波探测展望

早在1916年，爱因斯坦在发表广义相对论时就预言引力辐射的存在．但在初期，大多数人都怀疑引力波（Gravitational　Waves）仅仅是爱因斯坦提出的引力场方程的一个近似解…而没有实质的物理效应．直到1950年代末期，从理论上证明引力波是携带能量的并可以被探测到，引力波的存在才在理论上得到了充分的确认．广义相对论预言引力波的主要特性有：在真空中以光速传播；     

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.     

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．     

验证广义相对论的实验

广义相对论建立近一个世纪，除了爱因斯坦指出的行星轨道近日点的进动、引力场中光线的弯曲、星系光谱线的引力红移等三项验证实验以外，雷达回波延迟和脉冲双星观察等实验也都验证了广度相对论的正确性。     

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。     

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…     

引力波与引力波探测

 一、引力波探测的主要背景引力波是爱因斯坦和其他物理学家提出的关于广义相对论的四大预言之一,未来在引力波探测的研究中所获得的突破,将可能比其他预言产生更为巨大而深远的影响,甚至大大促进人类文明的进程。1916年爱因斯坦发表了他的广义相对论,并在该理论的基础上预言了引力波的存在。到目前为止,广义相对论一些重大预言都被实验证实了,它们包括水星近日点的进动、光线在引力场中的弯曲、光谱线在引力场中的频移,以及由此而延伸的关于雷达回波的延迟等。这些成果又进一步推进了相对论在天文观测、相对论天体物理、宇宙学甚至高能物理和广义相对论的交叉领域等方面的应用。     

关于引力场的能量问题

本文讨论引力场中局部区域的能量问题。这里提出了一个新的引力场总能量-动量赝张量密度,它所表示的引力场局部空间区域中的能量对纯空间坐标变换是不变量,因而引力场的局部区域能量具有确定的物理意义。关于Schwarzschild场的能量和动量,新的赝张量给出的结果要比现有广义相对论文献中的其他形式的赝张量所给出的结果较为合理。文中还讨论了在引力理论中质量与能量的关系问题。 关键词：     

漫谈引力波探测

爱因斯坦广义相对论成功地预言了行星进动、引力红移、光线偏折、回波延迟等物理事实，而“存在引力波”是爱因斯坦广义相对论的另一重大预言。根据广义相对论，我们从爱因斯坦广义相对论引力场方程的弱场近似可以得到线性近似的引力波解；引力波是横波，能以光速穿过真空；引力波非常容易产生，但是非常的弱如果让一根长为20米，直径为1.6米，重500吨的圆棒以能够使自身断裂的极限速度（每秒28转）围绕自身中心点高速转动，它发射的引力波功率也不过只有2.2×10^-19瓦，因此，对引力波的探测极其困难。     

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。     

科学家们在星系团的尺度上证实了红移效应

 检验引力现象很简单：通过二楼的窗子走出去(禁止付诸实践),看看会发生什么！但是要想检验爱因斯坦的引力理论--广义相对论,难度就要大得多。该理论的内容是：一个物体的引力会使其周围的空间和时间扭曲。尽管研究人员在太阳系的尺度上证明了广义相对论,但是在整个宇宙的尺度上验证该理论是更具挑战性的。
哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的拉德克·沃杰塔克(Radek Wojtak)带领一组研究人员着手检验广义相对论的一个经典预测：光在逃离引力场的时候会损失能量,引力场越强,光损失的能量就越多。结果,从一个星系团中心散发出来的光子应该比星系团边缘的光子损失的能量更多,因为星系团中心区的引力最强。星系团是包含了成千上万个星系的大型天体系统。因此在波长上,来自星系团中心的光比来自边缘的光更长,移向光谱的红端。这个效应被称为引力红移现象。
沃杰塔克及同事知道,测量单个星系内的引力红移会很困难,因为星系内引力红移效应非常小,而且需要将这种红移效应跟个体星系的轨道速度以及宇宙膨胀造成的红移效应分离开来。研究人员从斯隆数字巡天计划中搜集了8000 个星系团的数据,他们通过平均这些数据处理了这个问题。“这样做是希望通过研究星系团中星系之间的红移分布特点来发现引力红移效应,而不是分别查看各个星系的红移效应,”沃杰塔克解释说。
果然,研究人员发现正像广义相对论预测的那样,星系团中的光发生了红移,而且与到星系团中心的距离成比例。“我们可以测量出星系之间红移效应的微小差别,可以看得出来自星系团中心区星系的光不得不爬出那里的引力场,而来自边缘星系中的光可以较为轻松地散发出来,”沃杰塔克说。2011 年9 月28 日,这些发现发布在《自然》(Nature)杂志在线版上。
除了证实广义相对论之外,这些研究结果也有力地说明了拉姆达冷暗物质宇宙模型。这个已经流行于世的宇宙学模型表明宇宙的大部分是由不可见物质构成的,这种物质与构成恒星和行星的普通物质不发生相互作用。这项检验结果也支持暗能量的存在,暗能量是似乎正在使宇宙膨胀的一种神秘力量。     

引力与广义相对论学术研讨会在京举行

2008年12月20—21日,由中国物理学会引力与相对论天体物理分会与北京师范大学物理系、天文系共同举办的“引力与广义相对论学术研讨会”在北京师范大学举行．     

弦上的世界

 人们所熟悉的任何一种物理理论,从麦克斯书的电动力学理论到爱因斯坦的广义相对论,从量子力学到标准模型理论和超引力理论,都把物质世界的基本组分粒子,像轻子、夸克、光子和引力子等,看作没有大小的点粒子或模模糊糊的类点粒子。     

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。     

根据行星轨道分析引力子质量上限

按照爱因斯坦的广义相对论,引力可与无质量的引力子相联系。一种检验引力子是否真的无质量的方法,是通过对太阳系中行星运动的详细观测来计算引力子质量的上限。如果引力子质量不为零,可能意味着需要超出广义相对论的新理论。若引力以光速传播,引力子的质量mg应为零。但是如果引力子具有微小的质量,引力将具有由引力子的康普顿波长λg标志的有限力程。     

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.     

量子几何与三旋

量子几何避开使用度规场，从而也不再引进所谓的背景度规，因此被称为是一种与背景无关的量子引力理论。但它以联络作为引力理论的基本变量，体现了将引力场视为规范场的物理思想。不仅如此，自旋联络作为引力理论的基本变量也为进一步研究这种耦合提供了舞台。传统的量子几何与超弦理论目前还是两个独立的理论，彼此之间唯一明显的相似之处是两者都使用了一维的几何概念作为理论基础。如果这两个理论都反映了物理世界某些本质特征，那么这种相似性也许就不是偶然的。三旋理论的研究已揭示出这种巧合背后的联系之谜。     

标量-张量的Ⅲ型引力波

本文研究标量-张量引力辐射,并给出外尔(Weyl)张量为Ⅲ型、N型、O型的引力辐射的全部精确解. Dirac[1]认为万有引力常数不是真正的常数.Jordan[2]曾经引进-标量场以便在广义相对论的理论体系下实现 Dirac的观点.Brans-Dicke[3]建立了满足广义协变下守恒的标量-张量的引力场方程.根据这一理论,对所谓三大验证皆与广义相对论的引力理论一样在误差范围内符合.而据Dicke-Goldenberg[4]所作的关于太阳扁率的实验,其结果他们认为更有利于标量-张量理论.最近,Weber[5]还通过引力波的实验试图来比较两种理论的优劣.本文是从理论上分析标量-张量…     

探索万物之理的新途径

引言 多年来,不少物理学家热衷于将描述电磁力、弱和强相互作用的量子理论和说明引力的爱因斯坦广义相对论结合起来,即做到用所谓的"万物之理"(Theory of Everything)或量子引力(QuantumGravity)来解释宇宙.但这一尝试却遇到了原则上的困难--量子化的广义相对论是不可重正的[1].