小谈广义相对论--"从低速到高速"之五

我们已介绍过狭义相对论；在那里爱因斯坦把牛顿的相对性原理推广到包括电磁现象，但还是指惯性系说的；各个参考系是相对做匀速运动的惯性参考系．对加速参考系又该如何呢？爱因斯坦在马赫思想的影响下提出：物理规律对所有参考系，不管是惯性系还是加速系，都应该是一样的．这个进一步推广了的相对性原理叫“广义相对性原理”．它是爱因斯坦广义相对论的一个基本原理．     

从引力场方程的建立到引力波的直接探测

1引力场方程的建立1905年,爱因斯坦在对时间概念经过长久思考后,提出了两个基本公设:(1)相对性原理(伽利略的相对性原理的推广):物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式.(2)光速不变原理:在所有的惯性系中,光在真空中的速度c是恒定的,它不依赖于发光物体的运动速度.在此基础上,建立了狭义相对论.1905年后,爱因斯坦企图把引力现象归纳在狭义相对论的范畴之     

Beltrami-de Sitter时空和de Sitter不变的狭义相对论

分析了在相对论体系中狭义相对性原理和宇宙学原理之间的关系以及Beltrami-de Sitter -陆启铿疑难.指出可以把狭义相对性原理推广到非零常曲率时空，在具有Beltrami度规 的de Sitter/反de Sitter时空中建立狭义相对论的运动学和粒子动力学. 在这类狭义相对 论中,相对于Beltrami坐标同时性，Beltrami坐标系就是惯性坐标系，相应的观测者为惯 性观测者; 对于自由粒子和光讯号, 惯性定律成立;可以定义可观测量,它们不但守恒而且还 满足推广的爱因斯坦关系.除了Beltrami坐标时同时性之外，对于共动观测, 还可以取固 有时同时性;此时，Beltrami度规成为Robertson-Walker型的度规，其3维空间是闭的,对 于平坦的偏离为宇宙学常数的量级.这表明,在这类狭义相对论中,相对性原理与“完美”宇 宙学原理之间存在内在联系,并不存在那些问题.进而,基于最新观测事实，重述了Mach原 理；指出对于Beltrami-de Sitter/反de Sitter时空，宇宙学常数恰恰给出惯性运动的起 源. 关键词： 狭义相对性原理 宇宙学原理 de Sitter不变的狭义相对论 Beltrami-de Sitter时空 同时性 Mach原理     

华罗庚与爱因斯坦相对论及其扩展——纪念华罗庚诞辰一百周年

华罗庚先生运用矩阵几何与投影几何,研究并简化了爱因斯坦狭义相对论的基本原理,得到惯性运动的对称性,并促进了对德西特不变的狭义相对论的研究.他的深入考察至今仍引领着我们如何面对精确宇宙学的挑战.爱因斯坦相对论作为以宇宙常数Λ>0为特征的宇观物理学的基础面临疑难.相对性原理应该扩充到具有两个不变普适常数c和l,具有24个生成元的惯性运动对称性的相对性原理.于是,存在庞加莱、德西特和反德西特不变的3种相对论,伴随着对偶庞加莱运动学,它们构成相对论三位一体.取……,德西特相对论提供宇观尺度之新运动学,亦可避开相对性的宇宙佯谬.华老不仅是大数学家,而且是大思想家和大教育家,是一位为复兴中华民族而奉献终身的伟大代表.     

相对性原理对普遍定律和非普遍定律参考系变换性质的不同要求——关于协变性疑难的进一步讨论

提出普遍定律和非普遍定律以及“协变”与“可导出”的明确定义，证明狭义相对性原理（及其伽利略近似）要求在惯性系变换下，自然界普遍定律是协变的，非普遍定律不协变但是“可导出”的，一切定律都服从相对性原理，从而进一步解答了由爱因斯坦，朗道关于狭义相对性原理的一种错误表述所引起的“协变性疑难”，还将有关结论推广到广义相对性原理情况。     

相对论问答录之一

<正>问题一、狭义相对论建立在哪两条公理的基础之上?狭义相对论建立在"相对性原理"和"光速不变原理"这两条公理的基础之上。相对性原理是说,物理规律在所有惯性系中都相同。需要强调,这里所说的相对性原理已经是伽利略相对性原理的推广。伽利略相对性原理只针对     

《广义相对论入门讲座》连载②——广义相对论的物理基础

1狭义相对论的困难洛伦兹变换表明,时间和空间存在内在联系."能量动量张量"的表达式和"质能关系式"等表明,质量和运动不可分割.光速不变原理和相对性原理告诉我们,一切惯性系都是平权的,不可能测出相对     

爱因斯坦的等效原理和广义相对性原理——问题实质和出路

精确宇宙学的观测表明,物理学必须面对以宇宙常数为特征的宇宙尺度。 有关宇宙观测的数据分析,是以广义相对论和宇宙学原理为基础的。然而,分析的结果却向爱因斯坦相对论体系和量子理论,以及以之为基础的现代物理学提出重大疑难。这是对物理学前所未有的、更为严重的全面挑战。     

惯性原理及其宇宙起源(下)

 四、常曲率空时惯性原理及其宇宙学意义常曲率空时相对性原理和德西特不变的相对论如何面对暗宇宙的尖锐挑战?为什么我们的宇宙在加速膨胀,一定不渐近平坦,而很可能具有一个正的极小宇宙常数,渐近于德西特空时?而按照通常的处理,德西特空时却带来一系列疑难;极小而又为正的宇宙常数也带来极大困惑。通行的看法是把宇宙常数等同于量子理论中“真空”的能量。可是,这样得到的宇宙常数值比观测值大了一百二十几个量级;考虑种种可能修正、包括超对称等等,也还要大几十个量级。理论与观测之间如此大的差别,前所未有。根本问题出在哪里?通常的作法是考虑种种动力学模型、修改引力场方程,甚至借助量子引力等等。     

编者的话

本刊围绕机械能守恒定律是否遵从相对性原理的问题引发了一场争论[1～ 8] ,争论的焦点最后转向什么是相对性原理以及它与协变性要求的关系问题 .关于相对性原理 ,我们查到爱因斯坦本人有关狭义相对论的著述中有 3段话 :表述Ａ　自然界规律对于洛伦兹变换是协变的[9] .表述Ｂ　如果Ｓ是惯性系 ,则相对于Ｓ作匀速运动而无转动的其他参考系Ｓ′也是惯性系 ,自然界规律对于所有惯性系都是相同的[10 ] .表述Ｃ　自然规律同参照系的运动状态无关 ,至少在参照系没有加速运动时是这样[11] .朗道在他的《场论》中[12 ] 写得更明确 :所有自然规律在所…     

“全息照相”实验原理

本文以工科物理中波动光学的基本内容－干涉和衍射为基础，较为通俗地介绍了全息照相的物理思想。     

二级树状管路的优化分析

本文讨论了Y型二级管路分别在占地面积、体积以及占地面积、表面积约束下的最优管径比、最优管长比、最优分岔角度。优化方法采用拉格朗日乘子法和虚功原理方法。通过分析发现;最优树状管路的结构参数随约束条件和流动状态的变化而变化.这意味着对层流流动和湍流流动的情况,树状结构最优参数会表现出差异。本文的忧化结果为不同情况下的树状结构设计提供了基本参考。     

斯托克斯倒逆关系的讨论

本先利用菲涅耳公式证明斯托克斯倒逆关系，然后讨论了斯托克斯倒逆关系的成立条件。     

让世界跳跃的人--马克思*普朗克

回顾了普朗克在物理学上的贡献和对爱因斯坦的帮助，挖掘了他的物理思想，得到对他公正的认识．     

为什么不确定原理是量子力学的基本原理

首先给出了量子力学观测量用算子表示的物理基础，然后在此基础上说明为什么不确定原理是量子力学的基本原理。     

传感器原理课改革初探

介绍了本系在传感器原理课教学改革方面的一些探索和尝试．     

有限长通电螺线管空间的磁场分布

本文计算了有限长通电螺线管空间的磁感应强度分布，给出了解析表达式，并绘出了它们的空间分布图。     

物理创新性实验的六大设计原理

以培养创新性人才为先导,演绎物理创新实验的六大设计原理.     

对应性原理和玻尔原子模型

回顾玻尔原子模型建立的背景以及玻尔理论的基本原理,阐述玻尔利用对应性原理,创造性地在宏观与微观之间架起连接的桥梁,从而解释原子结构的稳定性和原子光谱规律.     

求任意形状截面无限长直载流螺线管磁场的一种方法

在电磁学中,无限长直载流螺线管的磁场是一个基本与核心的问题,为了得到这一系统的磁场,通常的做法是：先就圆截面情况计算,然后把截面为任意形状无限长直螺线管看成是由无数大大小小的圆截面螺线管叠加而成,由此得到螺线管内的磁场均匀而管外磁场为零的一般结论.这里给出了一种推导截面为任意形状无限长直螺线管内外磁场的直接方法.先计算螺线管表面一窄条的磁场,再算总磁场.这种方法物理图像清楚,数学过程简单,可以在教学中加以应用.