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.     

广义相对论的起源

爱因斯坦以其革命性的相对论著称于世.他创立广义相对论的过程,不同于其他新的物理理论产生的常规途径.广义相对论在很大程度上是爱因斯坦的独自发现,现成的物理认识的各种因素不曾对广义相对论提出紧追的需要,除了马赫和黎曼的某些富有启发的思想外,还不存在广义相对论产生的任何具体的理论前提.为了创立广义相对论,爱因斯坦付出了十分艰巨的劳动.1933年,他在谈论广义相对论的起源时,有一段感人至深的话:“在黑暗中焦急地探索着的年代里,怀着热烈的希望,时而充满自信,时而精疲力竭,而最后终于看到了光明——所有这些,只有亲身经历过的人才…     

《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].     

物理学史中的六月

正1854年6月10日:黎曼论弯曲空间的经典演讲(译自APS News,2013年6月)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。1826年,黎曼出生于现在的德国,家中有6个小孩,他排行第二,父亲是路德教派的牧师,亲自教导儿子直     

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。     

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。     

探索弯曲的时空——纪念刘辽先生

介绍了刘辽教授个人和学术生涯的主要阶段.他曾经致力于广义相对论的理论研究,并且为这一伟大理论在中国的引进和广泛传播做出过重大贡献.刘辽教授培养了大批研究广义相对论的学生,出版了不少关于广义相对论及其子领域的书籍,发表了许多这方面的研究论文,内容涉及弯曲时空、黑洞、宇宙学、虫洞、时间机器、引力波等.     

引力改变了时空——从欧几里得空间到准黎曼空间

 爱因斯坦在1905年所建立的狭义相对论建立了高速运动下的时空变换,这种变换是局限在惯性系之间的,这正是“狭义”的涵义。作为狭义相对论的推广,爱因斯坦从1907年开始努力尝试将相对性理论推广到非惯性系。他在研究了引力场与加速系关系的基础上,于1916年在德国《物理学杂志》上以“广义相对论基础”为题正式发表了广义相对论。广义相对论的诞生进一步更新了我们对空间、宇宙的认识观念。从平直均匀的欧几里得3维空间,到闵可夫斯基的4维空间,再到弯曲的黎曼空间,独立于时间与物质的“绝对空间”概念被彻底地打破了。     

精确的动态黑洞解

正黑洞的存在是广义相对论最重要的预言之一。1915年11月,爱因斯坦公布了他的广义相对论的基本方程。仅仅在两个月以后,史瓦西(K.Schwarzschild)便首先得出了广义相对论的第一个精确解。它是质量呈球对称分布的客体的外部解。当处于引力场中心的源是一个黑洞时,我们便称这个解为史瓦西黑洞。史瓦西黑洞是自然界中可能存在的最简     

爱丁顿与广义相对论的验证

简单介绍了在广义相对论诞生之初,验证其理论正确性的三个天文实验,并详细介绍了爱丁顿为验证广义相对论,发起并组织的观测1919年5月29日的日全食考察队的具体情况.这是爱丁顿认为他在天文学研究中最激动人心的事件.     

《广义相对论入门讲座》连载——狭义相对论

广义相对论诞生至今已快100年了,然而了解此领域的人依然十分稀少.一般人认为广义相对论与实验联系较少,缺乏科研上的动力,而且在物理理解和数学运算上都十分困难,需要付出巨大努力才能进入这一用处不大的领域.然而,近年来随着中子星、黑洞、引力波和宇宙学领域的发展,广义相对论找到了广阔的应用空间,越来越多的人感到了对广义相对论知识的需求.其实,广义相对论也不像一般人想象的那样难学.数学上的困难源于一般人不熟悉黎曼几何与张量分析.作者从长期的教学中体会到,实际上可以采用"急用先学,立竿见影"的方式,用较短的时间把初学者引入广义相对论和黎曼几何的大门,使他们不仅了解广义相对论的物理思想,学会初步的运算,而且能看懂相对论天体物理学的文献,并尝试参与广义相对论及相关领域的初步研究.有志于钻研广义相对论的人,还可以在此基础上,"干中学",在出科研成果的同时,不断加深对广义相对论的理解,逐步成长为这一领域的教师和科研专家.本讲座就是这方面的一次尝试,望对广义相对论有兴趣并有志于学习它的人,参与这一进入科研前沿的尝试.本讲座共分8讲,目录如下:狭义相对论;广义相对论的物理基础;黎曼几何中的张量;度规张量;时间与空间;测地线、联络、曲率与挠率;爱因斯坦场方程;广义相对论的实验验证.本刊将以连载的形式分8期刊登.     

最新科技动态

广义相对论顺利通过Cassini的考验意大利科学家通过仔细观察Cassini太空船的无线电波信号 ,又一次证实了爱因斯坦广义相对论时空扭曲的学说 ,实验精度达到前所未有的百万分之二十 .广义相对论说时空具有一定的“柔韧性” ,可以被强引力场扭曲变形 .因而无线电波信号在通过太阳这样大质量物体附近时 ,运动轨迹也会有所改变 ,对这一改变的测量是检验广义相对论的一种重要手段 .(摘自Nature,Bertotti等 ,2 0 0 3年 9月 2 5日 )　　 单原子激光器美国科学家首次制成静止单原子激光器 .加州理工学院的JeffreyKimble和他的合作者们在低温下将单…     

介绍《广义相对论和宇宙学的物理基础》

清华大学李复老师几年来致力于广义相对论的普物化 ,他编写的《广义相对论和宇宙学的物理基础》一书已经出版 .该书用普通物理的语言、风格 ,避开艰深的数学 ,在普通物理的层次上较为全面地讲授广义相对论的物理基础 ,在此基础上从宇宙学的基本原理出发 ,介绍大爆炸宇宙学对宇宙的诞生、演化和未来的讨论 .全书为一完整体系 ,以狭义相对论为基础 ,由运动时钟变慢、运动方向长度变短 ,利用爱因斯坦假设以及史瓦西外部解 ,深入浅出地讨论了史瓦西场中的时空、光子及自由粒子在史瓦西场中的运动 ,只利用普通微积分定量地计算广义相对论的经典检…     

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。     

物理学史中的十月 爱因斯坦奠定了玻色-爱因斯坦凝聚的理论基础

<正>爱因斯坦因他的广义相对论而举世闻名,但他私下的生活却是一点也不和睦。他太太米乐娃(Mileva)抱怨爱因斯坦享有盛誉,却没时间陪她,并说:"我非常渴望爱情。"对爱     

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…     

以广义相对论为例谈实验检验的总体方案设计

以广义相对论为例，论述了如何根据物理理论的逻辑体系设计实验，以检验理论的正确性，对于广义相对论，检验实验应包括对等效原理的检验实验，对牛顿极限的检验实验，以及对广义相对论推论的检验实验。     

对"抽象难懂"科学的追求——评介《微分几何入门与广义相对论》

一提起微分几何很多人都觉得复杂、抽象,说起广义相对论则更觉得深奥莫测.但北京师范大学物理系梁灿彬教授却对此有不懈的追求.通过孜孜不倦的探索,达到美妙的境界.他从1981年起在美国芝加哥大学相对论组作访问学者时,便得到Wald教授和Geroch教授的悉心指导,从而对近代微分几何和相对论产生了浓厚兴趣,并抓紧一切学习机会,积累了大量的资料和学习体会.他在回国前就萌发了一种强烈的冲动,要把在国外学到的东西尽快教给自己的学生.回国后,他立即开设了第一门研究生课"微分几何入门与广义相对论",以后又陆续开设多门后续课程,并应邀到各地大专院校和科研单位讲学,受到广泛好评.     

一位远去的师者

<正>梁灿彬老师走了。偶然听闻这条消息,我整整晚了7个月,但回忆如潮水,一下子把我推到了那段学习广义相对论的岁月,回到了由他演绎的测地线、黑洞以及弯曲的世界。梁灿彬老师是国内著名广义相对论专家,是既站在该领域世界前沿金字塔的学者,又愿意俯身把一生所学传递给学生的师者。     

时空的乐章——引力波百年漫谈(五)

<正>八、引力波探测的基本思路除爱因斯坦的去世及对狭义相对论问世50周年和广义相对论问世40周年的研讨外,物理学家们对广义相对论的重新关注还有另外两个重要原因:一个是理论上的,另一个是经费上的。前者是因为融合了狭义相对论与量子力学的量子电动力学在20世纪40年代的成功,使一些物理学家以为很快要轮到广义相对论了,因而萌生了"抢滩"的兴趣;后者则是因为以原子弹为代表的物理学在第二次