爱因斯坦:试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅳ)

狭义相对论是关于时间、空间、物体运动及其相互关系的理论;广义相对论是关于时空性质与物质分布及运动相互关系的理论,因此,它们都是与时空观密切相关的物理理论。     

走向统一的自然力爱因斯坦：试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅲ)

狭义相对论具有两个局限性:一是,它只对那些以恒定速度相对运动的惯性坐标系有效;另一是,尽管这个理论与描述电磁场的麦克斯韦方程组是兼容的,但它与牛顿万有引力定律并不兼容。     

走向统一的自然力爱因斯坦：试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅱ)

19 世纪末,以牛顿力学和麦克斯韦电磁理论为代表的经典物理学渐趋完善,著名英国物理学家汤姆孙(W. Thomson,1824～1907)甚至认为:“未来物理学将不得不在小数点后第六位去寻求真理。” 他在1900 年末为展望20世纪物理学而写的一篇文章中说:“在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”     

爱因斯坦和广义相对论

爱因斯坦的狭义相对论确立他为史上最伟大的物理学家之一,但爱因斯坦并不因此而满足,他知道此理论还欠缺一部分,所以在往后的10年间倾全力思考更一般性的相对论,以便将狭义相对论所忽略的加速度问题一并考虑在内。     

弱力和电磁力的统一(Ⅰ)

弱力,又称弱相互作用(简称弱作用),因其强度, 在微观世界起作用的三种基本相互作用中,比强相互作用和电磁相互作用都要弱,故而得名。     

爱因斯坦后期的构思:基本相互作用与空间-时间性质的统一

 从远古时代起,人们就力图用尽可能少的综合概念来解释自然界的全部复杂性.从这个观点看来,在物理学史上并列着三个名字:牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦.这些科学家都在统一自然规律方面取得了最大的成就.三百年前,牛顿把地球引力(支配苹果落地的力)和天体引力(保持行星在太阳周围轨道上运动的力)视为同一种力,统一了地球引力和天体引力.     

空间时间、引力和宇宙理论正在经历变革

 2005年是世界物理年,是年11月份,南开大学物理学院“今日物理”邀请中科院理论物理研究所资深研究员郭汉英老师作了题为《空间时间、引力和宇宙理论正在经历变革--大船、水桶、升降机、橡皮膜和暗宇宙》的讲座。讲座之后,“今日物理”活动组的徐光明、苗荣欣等同学对郭老师进行了专访,几经讨论,内容已经超出原来的讲座。现与郭老师一起整理成文,供大家参考。徐光明:郭老师,您好。非常感谢您在百忙之中来到南开物理系所作的精彩讲座,谢谢您对我们“今日物理”活动的支持!您的演讲深入浅出,使同学们受益匪浅。我们想就这个话题的讨论整理成稿,发表出来,作为世界物理年纪念活动的一部分,您看可以吗?     

《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].     

关于相对论、量子论和引力的思考

狭义相对论、广义相对论和宇宙学是关于时空性质和物质分布的关系的理论,也是关于天体和宇宙的理论。     

爱因斯坦对实验和技术物理学的影响(1905-2005)

2004年6月,联合国大会宣布将2005年定为世界物理年．之所以选定2005年,是为了纪念爱因斯坦的奇迹之年100周年——1905年,爱因斯坦先后发表了5篇具有划时代意义的论文而被世人称之为奇迹．世界物理年将通过展示物理学在经济、技术、文化等方面的重要作用,进一步增进公众对物理学的理解．因此,简略介绍爱因斯坦的科学工作在物理学中的杰出贡献及其对世界与公众所产生的深远影响,很有必要．由于前面彭桓武先生已经介绍了爱因斯坦对理论物理学的贡献和影响,下面,我就侧重谈谈爱因斯坦对实验物理学和技术物理学的贡献和影响．拟分4个方面来介绍：     

时空巨人爱因斯坦

 19世纪末经典物理学的理论已基本建立完整。许多物理学家认为物理学的理论已足够完美。在这种观点的影响下,物理学的研究工作处于消极状态之中。如果说实验物理学的三大发现---Ｘ射线、电子、放射性的发现动摇了这种观点,普朗克在1900年为解决热辐射中的“紫外灾难”而创建的“量子论”对这种观点提出了挑战。那么爱因斯坦在这方面所作出的贡献却彻底地将这种观点送入了坟墓。下面让我们对爱因斯坦的生平、主要贡献及成功的原因作一简要的回顾。一、爱因斯坦的生平1879年3月14日爱因斯坦出生于德国南部小城乌尔姆一个犹太人家庭。父亲海尔曼·爱因斯坦是一位电气设备制造商。母亲波林·科克是一位富商的女儿。     

"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.     

大尺度有效引力的E(2)规范理论模型

微波背景辐射的低l极矩的各向异性可能不能用微波背景辐射静止系boost到本动参考系来解释,我们推断boost对称性在宇宙学尺度上缺失,又由于单纯结合广义相对论和物质结构的标准模型不能解释星系以上尺度的引力现象,需要引入暗物质和暗能量.而迄今为止所有寻找暗物质粒子的实验给出的都是否定结果,暗能量的本质更是一个谜.因此,我们假设洛伦兹对称性是从星系以上尺度开始部分破缺,以非常狭义相对论对称群E(2)为例,用E(2)规范理论来构造大尺度有效引力理论,并分析了此规范理论的自洽性.从这些讨论中发现,当物质源即使为普通标量物质时,contortion也一般非零,非零contortion的存在会贡献一个等效能量动量张量的分布,它可能对暗物质效应给出至少部分的贡献.我们从对称性出发修改引力,有别于其他的修改引力理论.     

熵力:对引力的新阐释

人人都感受到引力的存在,但要阐明引力究竟是什么却非易事.虽然引力已被牛顿和爱因斯坦先后发现的定律成功地描述,但我们仍不清楚宇宙的基本性质是如何结合起来产生所观察到的现象的.现在,荷兰阿姆斯丹大学的理论物理学家弗林     

强力、弱力和电磁力的大统一(Ⅲ)

量子电动力学是在量子力学和相对论的基础上发展起来的描述电磁力的基本理论。如果说电动力学是描述电磁力的经典场论,那么量子电动力学就是描述电磁力的量子场论。场是连续分布的、具有无穷维自由度的系统;场论是关于场的性质、相互作用和运动规律的理论;量子场论则是把量子力学原理应用于场使其量子化后建立起来的场的理论。     

《从零学相对论》连载(22)

正8.5.3牛顿引力论对星光偏角的推导[选读]索尔德纳在1801年推导星光偏角公式时,光速的有限性已被证实.只要承认光的微粒说并默认光微粒(即现在的光子)在引力场中的表现与普通质点的唯一不同就是以光速运动,就不难用牛顿引力论推出偏角公式.此式的推导方法很多,现在介绍一种"借他山之石"的简便方法.首先考虑质量为m的普通质点在太阳附近飞过时因受太阳引力而出现的偏角.这种情况与卢瑟福1911年研究的α粒子散射类似,因此可以借用其     

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。     

《从零学相对论》连载(14)

第6讲广义相对论初步§6.1引力的实质是时空的弯曲相对性原理要求物理规律在所有惯性系中有相同的数学表达式,用于狭义相对论,就是要求物理规律的数学表达式具有洛伦兹协变性.这是一个管定律的定律.因此,在建立狭义相对论物理学时,原则     

爱因斯坦和狄拉克谁对20世纪物理学发展贡献大

 《现代物理知识》2001年第6期上的有两篇文章:一篇是关于英国杂志《物理世界》最杰出的10位物理学家排名的报道,爱因斯坦位居榜首,而狄拉克排名第8;另一篇是王正行先生的文章“狄拉克获诺贝尔奖的经过”,该文介绍了狄拉克在20世纪20年代对物理学的贡献和30年代物理学界对狄拉克的评价。读完这两篇文章后,细细想了一下爱因斯坦和狄拉克对20世纪物理学的贡献,有一些话想说。王正行先生的文章一开头就说:“20世纪物理学的第一位巨人当然是爱因斯坦。”毫无疑问,爱因斯坦是20世纪物理学的巨人,他对20世纪物理学的贡献是革命性的,影响是深远的。     

走向统一的自然力弱力和电磁力的统一(Ⅲ)

前面提到,在揭示弱力物理本质的过程中,费米在他的“β 衰变理论”中首先指出,弱力和电磁力一样,是矢量相互作用。经过许多科学家近30 年的实验和理论研究,终于证明了弱力确实是矢量相互作用。