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。     

等效原理的实验检验

等效原理是爱因斯坦广义相对论的基本假设之一.关于等效原理的研究及其实验证明,一直是人们关心和探索的热点问题.本文简要阐述等效原理的研究背景,通过对自由落体法和扭秤法检验等效原理的详细介绍来具体讨论等效原理的实验检验.     

弱等效原理的实验检验

惯性质量与引力质量相等是广义相对论基本理论假设之一，这个假设称为等效原理。本文介绍等效原理的检验实验的框架以及检验实验的历史、现状和未来。     

《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].     

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.     

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     

基于原子干涉仪的微观粒子弱等效原理检验

等效原理是广义相对论的两个基本假设之一,也是爱因斯坦对弱等效原理的推广.目前,大量实验证明弱等效原理在一定的实验精度内是成立的.将引力与标准模型统一起来的新理论都要求弱等效原理破缺,因此更高精度的弱等效原理检验具有重要的科学意义.本文介绍了原子干涉仪的原理,回顾了利用原子干涉仪开展微观粒子弱等效原理检验实验研究的历史和现状,介绍了双组分原子干涉仪检验弱等效原理实验涉及的振动噪声抑制、拉曼光移频与相位噪声抑制、四波双衍射拉曼跃迁原子干涉、信号探测与数据处理等关键问题及研究进展,分析了高精度微观粒子弱等效原理检验研究的发展趋势,介绍了长基线原子干涉仪、空间原子干涉仪、超冷原子源以及纠缠原子源制备等方面的研究动态,展望了微观粒子弱等效原理检验研究的发展前景.     

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…     

北京光速各向异性实验的广义相对论(及度规理论)预言值

基于广义相对论及度规引力理论的基本原理,计算了北京“光速各向异性检验”实验的预期值。结论是该实验将不可能在广义相对论传统观点和文献[1]提出的观点之间作出判断。     

广义相对论简介之四——史瓦西场中自由粒子的运动

介绍史瓦西场中能量和角动量。由能量和角动量守恒讨论自由质点的运动和光线传播以及广义相对论的四项经典检验。     

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…     

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…     

广义相对论与有关现代引力问题

1916年,爱因斯坦发表了广义相对论,提供了一种引力理论.然而,在文章发表后的三、四十年中,由于实验验证很少,应用不广,数学上又较为复杂,因此对广义相对论有许多不同意见和争论,也没有得到物理学界的足够的重视. 但是,近二十年来现代生产和科学技术的大发展,为广义相对论的实验     

《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.     

旋转物体的等效原理及其空间实验

文章回溯了等效原理的历史,解释了弱等效原理(伽利略等效原理)、强等效原理(爱因斯坦等效原理)和甚强等效原理.实验检验表明,到10-13的实验精度时,没有观测到等效原理的破坏.文章最后,也是文章的主要目的,阐述了广义相对论的不足,即不能描写物质的自旋与引力场的耦合.自旋粒子或自转物体的能一动张量既有对称分量,也有非对称的分量,还有自旋张量.但是广义相对论的引力场方程中只包含了能-动张量对称分量,不包含反对称分量,更没有自旋张量的贡献.涉及自旋与引力场耦合的理论是(有挠率场的)引力规范理论,该理论预言:自旋粒子或旋转物体将偏离测地运动,因而破坏等效原理.为了检验这种破坏,文章作者及其合作者建议进行地面实验和空间实验.     

旋转的黑洞使光线扭曲

一个由意大利、瑞典、澳大利亚和西班牙的物理学家组成的国际合作组得出结论说,光线通过位于许多星系中心的旋转的黑洞时,会发生扭曲,这有可能提供一种检验爱因斯坦的广义相对论的新途径.用现有的望远镜可以观察到这种现象.爱因斯坦于90多年前提出的广义相对论预言了一些容易检验的新现象.其中的一个例子就是引力透镜,即恒星和黑洞的     

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.     

相对论天体物理

 广义相对论在弱场条件下,例如在地面实验室和太阳系中得到很好的验证,但还缺乏强引力场条件下的检验。广义相对论在强场下的检验,以及引力波的探测必须在包含中子星和黑洞这样致密天体的系统中进行,这是相对论天体物理最重要的研究课题。     

用星点法检验波面的定量分析

本文提出了一种用星点法进行波面检验的定量分析方法.文中给出了该方法的计算机模拟和实验室实验结果.     

广义相对论和Brans-Dicke引力理论下的行星进动与星光偏折

作为两种重要的候选引力理论,广义相对论以及Brans-Dicke引力理论对于理解天体及宇宙的形成与演化具有重要的意义.本文在广义相对论和Brans-Dicke引力理论下,考察恒星附近的行星进动以及星光偏折效应.首先推导出恒星周围的静态球对称背景时空下粒子轨道方程的普适形式;然后分别针对两种引力理论,进一步利用相应的真空场方程的静态球对称精确解推导出描述行星及星光轨道方程,其为非线性的二阶常微分方程;利用微扰法求解轨道方程,得到了含高阶修正的近似解,进而给出了对应的行星进动角和星光偏折角.本文对利用更高精度的实验观测来检验、甄别引力理论具有重要的意义.