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.     

爱因斯坦:试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅰ)

 在牛顿统一了天上力和地上力、麦克斯韦尔统一了电力和磁力之后,电力的库仑公式和磁力的安培公式与牛顿万有引力公式在数学形式上的相似,使人很容易联想到电磁力与引力的统一。爱因斯坦,在1905年创立狭义相对论、1915年创立广义相对论分别改进和完善了麦克斯韦电磁理论和牛顿引力理论之后,试图统一电磁力和引力,花费了后半生近30年的时光去建立统一场论,但至死未能如愿。本讲,我们先介绍爱因斯坦生平;然后介绍他的成功之作:狭义和广义相对论;最后介绍未能完成的统一场论。     

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。     

黑洞的“解剖学”

1915年,36岁的爱因斯坦创立了广义相对论。我们不妨说,这种关于时空与引力的崭新理论的精髓乃是:     

黎曼——爱因斯坦脚下的巨人

介绍了黎曼的黎曼几何对爱因斯坦创立广义相对论的巨大作用,同时介绍了黎曼对物理学的其他贡献.     

爱因斯坦与广义相对论的诞生(续)——纪念广义相对论发表100周年

<正>11爱因斯坦与希尔伯特的合作与竞争在广义相对论诞生前后的几个月内,爱因斯坦与希尔伯特之间既进行了合作探讨,又产生了竞争~([14,15]).在与爱因斯坦的讨论中,希尔伯特对爱因斯坦的新理论产生了兴趣,他也开始寻找场方程的正确形式.希尔伯特不愧是数学大师,他很快赶了上来.在爱因斯坦把自己的最终论文投给杂志社的同时,希尔伯特也投了稿.     

从罗伯森到今天的宇宙学

爱因斯坦创立了引力的现代理论——广义相对论.这一理论将引力和宇宙学都几何化了.爱因斯坦本人曾设想过一种空间封闭的定态宇宙.弗里德曼发现(或猜想)了一种爱因斯坦场方程的非定态解.哈勃发现了遥远星系的红移,从而证实了宇宙膨胀演化的观念. 罗伯森采取了一条在逻辑上和数学上都严格的途径.在假定宇宙是严格均匀和各向同性的情况下,他找出了所有可能的“宇宙学”.他的结果和弗里德曼的猜测一致但更为可信. 罗伯森继后还探讨了这个解的所有观测性质:如天体的红移、角大小、亮度等与光从发射到接收所经历的时间的关系. 1965年发现了宇宙微…     

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…     

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。     

漫谈两个基本假设与相对论时空观

 爱因斯坦是人类历史上最具创造才智的科学家,他一生开创了物理学的四个领域---狭义相对论、广义相对论、宇宙学和统一场论,他是量子理论的主要创建者之一,有人说爱因斯坦应该拿6个诺贝尔奖,足见他对物理学和对社会的贡献。一、爱因斯坦创立狭义相对论经历了三个阶段爱因斯坦16岁时就提出“追光”假想实验,这是萌发狭义相对论思想的第一个阶段;爱因斯坦对光、麦克斯韦方程、电磁波、以太、地球运动等问题的深入思考,最初起源于消除电磁学理论中的不统一性,可以看作他思想发展的第二阶段;重审、放弃传统的时间观念,在同时性问题上的突破,可看作第三个阶段。     

宇宙常数与蛀洞

 在物理学的发展中,理论与观测之间的尖锐矛盾往往能启发人们更深刻地认识自然界,并以此为线索创立新理论.但是,长时间以来,宇宙常数的理论预言与观测之间的矛盾却给物理学的研究带来巨大的困惑.宇宙常数是爱因斯坦解广义相对论方程时引入的.     

学习爱因斯坦:深入思考 大胆设想

2005年是联合国大会通过的“国际物理年”,纪念伟大的物理学家爱因斯坦在1905年做出3项伟大成绩100周年。爱因斯坦于1900年在苏黎世联邦工业大学毕业,为了生活做了专利所的小职员。他认为当时的物理学家“欠缺深度”, 就利用工作余暇自己研究物理学。他的研究工作除了狭义和广义相对论之外,还涉及量子力学和统计力学,化学和生物技术也得益于爱因斯坦关于分子和分子运动的见解。在这奇迹的一年(1905年)中,爱因斯坦的贡献足以和牛顿在1665年和1666年发明微积分、万有引力和颜色理论相媲美。1905年3月17日他完成了《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文,第一次肯定地提出光量子、粒子的波粒二象性和有关光电效应的方程,符合实验结果。同年5月11日他完成了第二篇论文《关于热的分子运动论所要求的静止     

静态球对称黑洞热力学与爱因斯坦场方程

建立在广义相对论基础上的黑洞理论与热力学定律之间有着深刻的内在联系.具体考虑球对称黑洞,研究表明通过史瓦西黑洞和Reissner-Nordstrom黑洞在其视界附近的爱因斯坦场方程可以直接得到对应的黑洞热力学第一定律.这揭示了爱因斯坦引力场方程与黑洞热力学的关系,表明了在广义相对论理论框架下黑洞热力学规律的必然性.     

量子引力和弦论在中国

直到20世纪60年代,爱因斯坦的广义相对论一直是理论物理中理论色彩最浓的一个分支,那时广义相对论的主要实验验证是水星近日点进动、太阳引力场中的光线弯曲、引力红移。直到宇宙学和涉及强引力场的一些天体物理问题成为实验观测对象后,广义相对论才成为和其他物理理论（如粒子物理）类似的学科。与此同时,人们开始尝试将引力和量子力学结合起来,这就是著名的量子引力或引力量子化问题。     

希尔伯特与广义相对论场方程

正1引言在爱因斯坦对物理学的诸多贡献中,广义相对论一向被认为是最没有竞争对手的。如果我们把视野放宽一点,那么在二十世纪前三十年的那场物理学革命里,主要有三个理论:量子理论、狭义相对论和广义相对论。这三个理论的创立过程如果用最简单的话来概括,那么量子理论可以说是"群雄并起、共襄盛举",狭义相对论是"水到渠成、瓜熟蒂落",而广义     

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。     

超弦理论——统一基本相互作用研究的最新进展

自然界存在的强、弱、电磁和引力相互作用看起来是完全不同的相互作用.如何去统一地描述它们,是科学家们数十年来不断探索的问题.近两年来,在以前研究的基础上,产生了所谓超弦(superstring)理论.初步结果表明,它可以避免以前理论中所存在的矛盾并具有最小的任意性.物理学家们相信,超弦理论有可能最终导致四种相互作用的统一. 1915年,爱因斯坦提出了新的引力理论——广义相对论.它将时间和空间统一为四维时空,而四维时空的几何性质决定了物体所受的引力作用.广义相对论第一次把物理的作用与时空的几何结构联系起来.这一观念对物理学后来的发…     

怀念胡宁先生

 胡宁先生是国际上著名的理论物理学家,长期从事粒子物理理论和广义相对论的研究.他是在我国开辟量子场论和粒子物理理论研究的先驱之一.     

《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].     

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。