“引力透镜”概念起源考

从学术界广泛引用的牛顿《光学》中的疑问1谈起,随后回顾了马拉、卡文迪什、索德奈尔和爱因斯坦等人在试图量化光所发生的引力偏转方面的贡献,介绍了被世人所遗忘的弗朗提斯克·林克在引力透镜概念起源上极具价值的工作,找出了光线因引力作用而发生弯曲的最早证据,确认了引力透镜概念的出处.弄清了引力透镜概念起源的真相,呈现一个引力透镜概念真实的历史发现过程.     

关于广义相对论的第四个验证

广义相对论的三大验证(引力、红移、光线偏折和水星近日点进动)是爱因斯坦在建立广义相对论时提出来的.1964年Shapiro提出了第四个检验,即“雷达回波时间延迟”实验[1].后来,实验结果以越来越高的精度证明了广义相对论的这个预言.本文的目的是介绍时间延迟效应的理论计算和实验     

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     

引力透镜效应研究的历史与现状

在七十年代末,有文章报道说[1],在宇宙空间发现了一对极为相象的“孪生类星体”,发现者们认为,这极可能是六十多年来人们所谈论的“引力透镜效应”. 一、什么是引力透镜效应? 引力场能偏转光线传播的方向.在广义相对论中,有引力场存在的空间不再是平直空间,而是弯曲空间.光线在引力场中传播时偏转的角α=4GM/c2b.式中,G是引力常数,M是引力场源的质量,c是光速,b是光线离引力源最短的距离.对于掠过太阳表面的光线来讲,α=1.75角秒.从1919年以来,这个数值已多次为观测所证实.由此,引力场有可能使远处光源射来的光线会聚起来,起类似光学透镜的…     

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。     

《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].     

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…     

引力波观测的进展

一、引 言 1978年12月,美国马萨诸塞大学的J.泰勒教授[1]在慕尼黑召开的第九次“得克萨斯”相对论天体物理讨论会上,宣布了他们对双星脉冲星PSR1913+16四年多的定时观测结果,他们的工作首次间接地给引力波的存在提供了一个定量的证据。其结果在20%的误差范围内与爱因斯坦广义相对论相符合,这一消息震动了全会;这是因为自爱因斯坦1918年预言引力波存在至今整整六十年以来,在引力波问题上的最重要的发展. 本世纪初,爱因斯坦[2]为了说明如水星近日点进动等这类新的引力现象,在狭义相对论的基础上,于1916年发表了广义相对论,把代表时空性质的…     

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；     

宇宙中不可视物质与引力透镜

１９１６年爱因斯坦在他的《广义相对论》中关于光线会在大质量天体的引力场内弯曲的预言被１９１９年的实验观测所证实．这次实验观测是在太阳发生全日蚀的条件下进行的,当时天文学家发现了靠近太阳盘边缘的星星图像比它们一般位置的图像亮一点．但那时很少有人想到,作为检验新引力理论（广义相对论）的这个精确效应的研究总将产生一种科学的方法论．３０年代,一位年轻的瑞士天文学家Ｆ．兹维基（Ｆ．Ｚｗｉｃｋｙ,１８９８－１９７４）提出了用这一效应估算星系总质量的理论,因为任何天体的引力都能够引起光线的偏移．Ｆ．兹维基的很…     

激光用于引力波探测的研究──双激光光源法及同步积累法

一、引 言广义相对论的提出已有半个多世纪了.然而在过去相当长的一段时间内,对于它的观察检验,仅限于所谓三大验证.这是因为对于地球上的实验条件,广义相对论所预言的效应是极其微弱的.近来,由于科学技术的发展,给研究万有引力本质的实验工作提供了新的可能.在这类工作中,较为活跃的应当属于探测引力波的研究.1969年,韦伯宣布他测到来自银河系中心发出的引力波信号.由于引力辐射的存在是广义相对论具有决定性的预言,因此,他的工作引起了广泛的注意.尽管现在已倾向于判定韦伯收到的信号不是引力波,但却促使人们认识到了实验检验引力波理论的…     

"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.     

今日国外物理(七)

1 美学者认为广义相对论存在缺陷据《中国科学报》报载,美国康奈尔大学斯图尔特·夏比罗教授,用一台超级计算机模拟宇宙中一次巨大引力坍缩.从引力方面来看模拟结果,一团巨大的粒子云的形状象个足球——自行坍缩,消失点附近的区域将凝聚成有无限密度和引力的区域.但根据爱因斯坦的广义相对论原理,是不可能产生这些区域.夏比罗认为,这一模拟结果可能暴露爱因斯坦关于空间、时间、物质和万有引力理论的某一方面的缺陷.     

探索的历程——引力波的发现

正2016年11日是个值得纪念的日子,这一天美国科学家对外宣布探测到引力波,这是人类首次直接探测到了引力波,同时也验证了已有百年的爱因斯坦广义相对论预言的引力波的存在。这次成果是分别由位于美国路易斯安那州列文斯顿和华盛顿州汉福德的激光干涉引力波观测台(LIGO)的一对探测器探测到的。下面就让我们回顾一下围绕引力波发生的那些事……图1,1916年6月,爱因斯坦预测了宇宙中的涟漪。根据广义相对论,引力是质量巨大物体周围时空的扭曲。爱因斯坦认为时空会产生涟漪并产生"引力波"并以光     

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。     

引力常数G及其测量

引力相互作用是物理世界的四种1)基本相互作用之一.它的耦合常数为引力常数G.本文将介绍近年来有关G的理论和测量的进展. 一、G又被重视起来了 引力常数G是人类测量得最早的基本物理常数.远在1798年,卡文迪什已经用扭秤测出了引力常数G,并且用它估计过地球的质量.由于引力相互作用是四种基本相互作用中最弱的一种,G的精确测量是非常困难的.G又没有什么用处[1],使得以后G的测量研究长期陷于停顿的状态.直到1969年,G的测量精度还几乎停留在卡文迪什的水平,只有三位有效数.有人分析甚至不超过1/500[2]. 近年来随着广义相对论理论研究的进展…     

时空的结构

Cassini飞船在其飞向土星的旅程中 ,它的轨道被太阳所偏转的状态已被测控的无线电波所测定 ,这又一次证实了爱因斯坦广义相对论中关于时空结构的论断 .爱因斯坦曾指出 ,一个质量巨大的物体将会使其周围的结构发生变形 ,而这种变形会影响到通过其附近的光波轨道并造成光波轨道的改道 .现在意大利位于三地 (Pavia ,Rome ,Bologna )的三所大学以Bertotti教授为首的科学家们 ,细致地核对了由Cassini飞船上发回的无线电数据 ,并发现光波轨道的偏转完全符合广义相对论的规范理论 .同时他们宣称 ,他们的测量仪器已达到非常灵敏的程度 ,可为其他…     

从2017诺贝尔物理学奖展望新加坡未来科学的发展方向

<正>2017年诺贝尔物理学奖颁给了3位在引力波领域作出突出贡献的美国物理学家,他们分别为麻省理工学院雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、加州理工学院基普·索恩(Kip S.Thorne)和巴里·巴里什(Barry C.Barish)。引力波是一百年前爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,如同石头丢进水里产生的波纹一样,被视为宇宙中的"时空涟漪"。在广义相对论中,引力产生的效果又可以用时空扭曲解释。广义相对论场方程,是一个和时空度规有关的二阶非线性偏微分方程。探测到的引力波是通过光的干涉探测器感知空间被扭曲的微小变化。空间扭曲引发光的干涉条纹发生轻微抖动。引力波可能是宇宙公认的传播媒介,探     

宇宙膨胀与人类之命运

我们生活在其中的宇宙因星系团之间空间的伸展而膨胀.这是1916年广义相对论方程式所预言的,但甚至爱因斯坦一开始也不接受这一结论.而当埃德温·哈勃(Edwin Hubble)及其同事于1920年代末发现本星群以外星系的红移后,才使天文学家们认识到宇宙正在膨胀."你的腰围在增大这纯粹是生理现象.不能责怪宇宙膨胀."美国德克萨斯大学的物理学家理查德·普赖斯(Richard Price)如是说,他曾计算出有些物体会因宇宙膨胀而伸展而另一些则不然.     

对广义相对论更精确的实验检验

1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论．10年后，他又基于等效原理建立了广义相对论，认为时、空性质决定于物质的分布．爱因斯坦根据广义相对论解释了天文学中长期未解决的一些问题：如水星近日点进动的剩余量，并预言了日全食时星光在太阳引力场中的偏转以及引力场中的光谱线向红端移动．这些预见在爱因斯坦逝世(1955年4月18日)以前就已为天文观测所证实．