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。     

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。     

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     

银河系中心超大质量黑洞的探索历程

经过逾半个世纪的探索,天文学家确认在我们银河系的中心存在一个4百万倍太阳质量的致密天体,很可能是爱因斯坦广义相对论所预言的黑洞。文章简要回顾了探索这个大质量致密天体过程中的若干里程碑。     

重力加速度的新探索

简要介绍了重力加速度在理论和实验上的新探索，即“引力常数Ｇ”的可变性对重力加速度的影响，阐述了在广义相对论等引力理论基础上重力加速度的后牛顿效应．     

引力与广义相对论学术研讨会在京举行

2008年12月20—21日,由中国物理学会引力与相对论天体物理分会与北京师范大学物理系、天文系共同举办的“引力与广义相对论学术研讨会”在北京师范大学举行．     

星系核中的黑洞

黑洞是根据严谨的物理规律预言的一种奇特天体.Laplace在1798年根据牛顿引力理论,Oppenheimer和 Snyder在1939年恨据广义相对论都预言了黑洞的存在.黑洞是可以依不同途径形成的.三十多年来对黑洞的研究工作,主要集中在晚期恒星的引力坍缩这样一条途径上.这样形成的黑洞,其质量只比太阳大几倍.近年来,为了解释有关星团、星系核和类星体的一些现象,讨论过极大质量的天体经引力坍缩形成黑洞的途径.例如,Lynden-Bell等[1,2]基于对类星体空间密度的分析,提出了星系核就是类星体的中心部分引力坍缩后的产物,星系核中具有质量约为108M。的巨大黑…     

漫话地球

 地球是宇宙中一个尉蓝色的旋转大球,也是我们已知的唯一有生命的星球．她的产生,演变,兴衰和发展从古至今一直是我们不懈探索的重要科学领域之一．一、地球的形成地球是太阳系里的天体,地球的起源是太阳系起源的一个组成部分．太阳是太阳系的中心天体,质量达２０００亿亿亿吨,是地球质量的３３万多倍,占了整个太阳系数以万计的天体质量总和的９９％左右．太阳几乎“主宰”着太阳系的一切：光和热的效应,生命的维持和发展,以及支配着各天体的运动等．据天文学家推算,６６亿年前的宇宙充满了尘埃,星际有机分子和宇宙射线等“原始星云”．由于星云内部物质密度分布不均匀而形成了各个不同的引力中心,其中之一便形成了原始太阳．     

在黑洞附近检验万有引力

<正>射手座A*是位于银河系中心的一颗巨型黑洞,其强大的引力为人们提供了一个理想的场所来检验引力理论(包括广义相对论GR)。之前人们往往用较低质量的天体(如太阳或白矮星)作这类检验,而现在GRAVITY合作组则用围绕射手座A*黑洞做轨道运动的恒星来检验。尽管科学家再三证实了GR的     

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.     

《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].     

亨利,卡文迪什,约翰.冯.索尔特纳和光线的偏转

大约在1784年,亨利·卡文迪什就已经在牛顿理论和光的粒子模型的基础上计算了光线的引力偏转,但他从未发表过自己的这一计算.他比冯·索尔特纳 (Johann Georg von So-ldner)首次发表的计算几乎早20年.他们两人的结果略有差别,这是因为卡文迪什讨论从无限远处发射的光,而索尔特纳则讨论从引力物体表面发出的光.在第一级近似时,他们的结果相互一致,都是广义相对论所预言并由实验证实的数值的一半. 当提起引力物体引起光线偏转这一概念时,通常就会想到爱因斯坦的名字,因为他在1915年11月曾利用广义相对论计算并预言了现在为大家所公认为正确…     

光子芯片中相对论引力透镜效应的模拟与光捕获

“光”是自然界中最神秘的物质之一,近代物理学的几次重要革命,都是发源于人们对“光”的探索。爱因斯坦为了描述宇宙时空的本质,建立了广义相对论,其最著名的预言是,光线在天体附近引力场中会发生弯曲(见图1(a))。1919年,天文学家爱丁顿在日食过程中,观测到了太阳引力场中光线的弯曲,直接验证了近代最伟大理论的预言。同样,由于光是世界上速度最快的信息载体,对光的捕获和操控,就像理解光的本质一样,也是人们孜孜不断追求的目标。进入21世纪以来,由于信息技术突飞猛进的发展和光子集成的应用需求,人们越来越需要在微小芯片上操控光子的行为。     

爱因斯坦与黎曼几何

1907年爱因斯坦发现等效原理后,由于一时还找不到建立理论的途径,广义相对论在几年中没有多大进展.从1908年至1911年,他在这方面的工作主要是为新的引力观点寻找可由实验检验的证据,这就是引力红移和引力场中光线的弯曲两个效应.1911年他导出了这两个效应的定量公式[1],但由于方法是半经典的,后一效应的公式并不正确.这两个效应当时都未能进行检验.前者对于像地球这样的弱引力场来说,它过于微弱,大家知道,迟至1924年才由亚当斯通过对天狼星的伴星的观测得到证实;而后一效应的观测也因为第一次世界大战的爆发而夭折.大约在1912年初,事情有了…     

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…     

基于坐标变换的引力透镜模拟

光线在引力场中会发生偏折是广义相对论理论所预言的现象之一.而引力透镜效应则是指,当观测者与背景光源之间存在较大质量的前景天体时,大质量天体的引力场使背景光源发出光线的传播方向发生改变而导致的一系列观测效应,在天体物理、宇宙学等方向的研究中具有重要意义.本文主要介绍了基于坐标变换的引力透镜模拟,对于前景天体考虑了两种透镜模型,并推导了相应的透镜方程及光线偏折角表达式.然后对于同一类透镜模型下背景光源三种不同的表面亮度分布进行研究,通过计算机生成了相应的引力透镜成像结果.     

中国引力与相对论天体物理学会正式成立──第一届代表大会于1979年11月12日至17日在苏州市举行

中国引力与相对论天体物理学会第一届代表大会于11月12日至17日在苏州市举行.中国物理学会副理事长、党组书记甘柏同志致开幕词.出席会议的代表130余人,他们来自科研、教育、科普各条战线的80个单位.我国老一辈著名科学家周培源、彭桓武、卢鹤线、胡宁、王治梁、施士元、周孝谦等同志出席了大会.从去年广州引力与相对论天体物理讨论会后,一年来我国在理论研究、观测资料分析和引力实验等方面都取得了新的进展,会议收到论文50篇,其中35篇在会上作了报告.周培源教授在会上就他的近期工作,作了题为“坐标在广义相对论引力论中的意义”的学术报…     

广义相对论经改进可以拟合星系旋转曲线

引力虽然是我们最早认识到的力，爱因斯坦的引力理论在太阳系之外的弱场环境里是否适用，仍然没能被天文观测肯定．困扰天文学家大半个世纪的星系旋转曲线和暗物质问题就是众所周知的一个例子．2004年，以色列物理学家Bek-enstein提出一种新的TeVeS理论，把Milgrom1983年的MOND经验公式融合到修改或延伸后的广义相对论．最近，英国StAndrews大学的赵红胜博士和比利时布鲁塞尔ULB大学的BenoitFamaey发现用一个简单的TeVeS引力的修正公式，可以不用暗物质但很好地拟合绝大多数星系的旋转曲线．     

引力波探测展望

早在1916年，爱因斯坦在发表广义相对论时就预言引力辐射的存在．但在初期，大多数人都怀疑引力波（Gravitational　Waves）仅仅是爱因斯坦提出的引力场方程的一个近似解…而没有实质的物理效应．直到1950年代末期，从理论上证明引力波是携带能量的并可以被探测到，引力波的存在才在理论上得到了充分的确认．广义相对论预言引力波的主要特性有：在真空中以光速传播；     

环圈量子引力简介

大家知道，弦理论（String theory）是企图和谐地统一量子力学和广义相对论这两个已知的然而却互不相容的关于“小”和“大”的理论体系．本文介绍的环圈量子引力（Loop Quantum Gravity）理论（以下简称“L理论”）也是为此目的兴起的另一种理论．