广义相对论再经考验

爱因斯坦创立广义相对论已经93年了,但是由于它的某些预言（例如引力红移、引力波等）至今没有得到直接验证,科学家们仍在不断设计实验对它进行一轮又一轮“考验”。广义相对论预言,当两个大质量物体靠得很近时,会发出引力波,并使得它们自身的旋转轴产生摆动（物理学上称为“进动”）。人们已经观测到了这种摆动,只是还不足以精确测定其幅度大小。     

现代宇宙学的诞生

1,用广义相对论对宇宙所作的考查 爱因斯坦的相对论拓展了人类认识宇宙的视野,开始用物质的时空观来重新审视整个宇宙。物质的存在引起了时空的弯曲,也就是物质的分布决定？时空结构的非欧几甲德几何特性,而这种时空的弯曲等效于引力．所以对广义相对论引力场方程的求解,爱因斯坦建立了二十世纪第一个现代宇宙模型。     

引力探测器B：小陀螺，大实验

2011年5月4日,科学家们公布了引力探测器B（GP-B）所获得的结果,证实了爱因斯坦的广义相对论所预言的两个效应。这同时也宣告了美国宇航局（NASA）历史上耗时最长的任务之一的正式结束。从最初的想法到让人筋疲力尽的数据分析,GP—B跨越了差不多半个世纪。     

“时空”受到挑战

关于时空 悠悠万事于此惟大,这个“此”是什么？就是时间和空间,它是我们宇宙的基础结构。实际来说,这两者既看不到又摸不着,我们能感知的只是它们的力,即引力。爱因斯坦的广义相对论,把两者结合起来,称为时空。这是现代物理学中,最具权威的一个概念。     

话说宇宙学常数

爱因斯坦的引力学说和广义相对论,除对牛顿引力理论做了众所周知的改进外,还在其1919年提出的引力方程式中,首次引进了宇宙学常数∧。这样,便意味着宇宙中存在负的引力质量,产生斥力,以与普通物质的引力相抗衡,使整个宇宙保持静态。但是,在哈勃于1923年发现宇宙膨胀现象之后,爱因斯坦极度后悔,称此事是他一生中所犯的最大错误,又放弃了宇宙学常数项。 20世纪80年代兴起的暴涨宇宙学说却认为正是因为极早期宇宙中∧不为零,导致宇宙在极短时间内急剧膨胀,但在今日的宇宙中∧=0。1998年初,两个天     

高阶引力理论及其在星系旋转 曲线中应用的可能性

介绍了建立高阶引力理论（该理论用以修正爱因斯坦广义相对论）的物理背景,并讨论了暗物质问题。对几种主要高阶引力理论及其解作了评述,并尝试在不必假定暗物质存在的情况下,用高阶引力理论解决有关星系旋转曲线的困难。但令人遗憾的是,至今还没有一个理论取得完全的成功。指出了解决这一问题面临的困难,并建议寻找新的高阶引力理论。     

广义相对论错了吗？

广义相对论错了吗？瑞林爱因斯坦广义相对论的三大天文学验证之一是水星近日点的进动。根据从１８世纪中叶开始积累起来的对水星的观测数据，天文学家发现水星统日运行的轨道不是一条闭合曲线，而是一种“编织的”花瓣状曲线，即椭圆的长轴渐渐往前移动。这种移动一般用近...     

高精度相对论验证的现状与趋势——太阳系实验

回顾并展望了广义相对论理论及其实验检验的发展状况和趋势,包括广义相对论高精度实验检验的主要研究内容和研究方向,与之相关的深空探测项目的规划和进展。鉴于广义相对论的实验检验内涵极其丰富,限于篇幅重点介绍了有关的太阳系实验。首先介绍爱因斯坦等效原理及其实验检验;该原理是广义相对论的基石,内容包含了弱等效原理、局部洛伦兹不变性以及局部位置不变性。接着介绍相对论性引力理论的实验检验,主要涉及对参数化后牛顿参数的测定。最后,针对我国未来有望实施的深空探测任务,就其在广义相对论实验检验中可开展的自主研究与实践给出建议。     

引力透镜效应

广义相对论的推论之一是光线被太阳引力场弯抽,星的像被外移一个角度2R_s/b。这里R_s是太阳的Schwarzschild半径,b是太阳中心到光线的最近距离。爱因斯坦和其他人认为:在更遥远的天体中也许可以看到相应的引力透镜效应。如果一个大质量的天体(暂称它为“引力体”)致密到可以把它看作为点质量,那么它对后面的天体(只要几乎在同     

引力波探测展望

引力波探测展望辛酉１９１６年，爱因斯坦就谈到过引力波问题。在广义相对论领域里，时空的弯曲取代引力。恒星之类的大质量天体对其他天体的影响不是直接对它们起作用而是通过弯曲时空来达到。此外，在这类天体改变其运动或质量时，它周围的时空也会发生相应的扰动，以引...     

NASA“朱诺”2011年飞往木星

来自NASA的新消息 美国航空航天局（NASA）2008年11月向媒体宣布,已将木星定为下一个探索太空的远大目标,NASA将在2011年8月发射一个新的木星探测器“朱诺”（Juno）,展开对木星的深入探测。“朱诺”由“宇宙神”-5火箭发射,将在太阳系航行近5年的时间：该探测器将首先绕地球运行至2013年,利用地球引力将“朱诺”弹射到外太阳系：预计大约在2016年中期到达木星轨道。     

LIGO的O1/O2引力波事件对Einstein-aether理论限制能力探讨

广义相对论是继牛顿万有引力理论后,在强引力场、强动态时空区域更精准的引力理论,大量的天文观测验证了广义相对论的正确性.但广义相对论与量子理论在逻辑体系上不相容,广义相对论还存在时空奇点的理论问题,宇宙学中还存在暗物质和暗能量的引力本质问题等.在使用Yunes等人提出的Einstein-aether理论修改引力波模板的基...     

光线在带电的强引力场中的弯曲

七十年代末,在宇宙空间发现了极为相象的“孪生类星体”,大家认为这很可能是广义相对论的一个推沦“引力透镜效应”。但以前的引力理论中,没有考虑全引力场带电的影响,本文从广义相对论出发,考虑了引力场带电所产生的引力透镜效果,其结果表明,带电的引力场所产生的透镜效应比不带电时小,这样反过来可测定天体电荷的大小。     

引力波、引力波源和引力波探测实验

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。除了PSR1 91 3 + 1 6引力辐射阻尼的观测提供了引力波存在的间接证据外 ,科学家至今仍没有在实验室中确证引力波的存在。由于人类目前的技术水平还不可能在实验室中产生强度可供探测的引力波 ,而宇宙中存在大量大质量、高速运动的天体 ,有可能产生较强的引力波 ,天体引力波源自然成为现阶段科学家研究引力波的首选。本文介绍广义相对论框架下预言的引力波性质 ,引力波探测的理论依据 ,共振型棒式天线和激光干涉仪两大类探测器的基本原理 ,引力波探测实验的现状和面临的困难 ,科学家采取的对策 ,以及爆发型和连续型两类天体引力波源。最后介绍了正在计划中的几个引力波探测空间实验     

在各向同性坐标系下对VGM理论的进一步讨论

在各向同性坐标系下对“矢引力子场度规场引力理论”(VGM)作了进一步讨论,获得以下几点结果:(1)不存在半径为有限值的“无限红移面”;(2)对于行星近日点的进动,说明了VGM理论的结果为什么与广义相对论的结果不同;(3)修正了Kepler第三定律,此结果可看作VGM理论的一项预测。     

引力波、引力波源和引力波探测实验

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。除了PSR1913＋16引力辐射阻尼的观测提供了引力波存在的间接证据外，科学家至今仍没有在实验室中确证引力波的存在。由于人类目前的技术水平还不可能在实验室中产生强度可供探测的引力波，而宇宙中存在大量大质量，高速运动的天体，有可能产生较强的引力波，天体引力波源自然成为现阶段科学家研究引力波的首选。本文介绍广义相对论框架下预言的引力波性质，引力波探测的理论依据，共振型棒式天线和激光干涉仪两大类探测器的基本原理，引力波探测实验的现状和面临的困难，科学家采取的对策，以及爆发型和连续型两类天体引力波源。最后介绍了正在计划中的几个引力波探测空间实验。     

快速旋转致密天体的平衡位形及其引力效应

本文用Harrison-Wheeler物态方程,通过“自洽场方法”,对Einstein场方程和广义相对论流体静力学平衡方程作数值求解,研究了快速旋转致密天体的平衡位形及其某些引力效应。结果表明:其平衡位形是扁的旋转椭球,当角速度大于3.0×10~2/秒时,偏心率和天体质量随角速度的增加而迅速增大,在极限情况下,偏心率可达0.7,质量增大可达10％—35％;旋转引起的天体表面引力红移的差异,光线顺逆旋转方向通过天体表面时的偏转角差异都是相当显著的。     

利用地面深空激光测距检验相对论的引力时延

讨论了广义相对论的引力时延.根据Mini-ASTROD空间计划方案,利用地面深空激光测距来检验引力时延,给出了测量值与理论值直接比对的方案,并拟合出空间曲率参数γ的值.文中采用非同步的激光应答器、皮秒事件记数器等设备,可以提高测量的精度和稳定性.在地面站和行星探测器之间直接进行激光测距,不仅可以验证广义相对论的引力时延,而且还可以使γ的精度提高至少1～2个量级.这对于宇宙学和引力理论具有十分重要的意义.     

修改引力宇宙学下的大尺度结构非线性演化

主要研究了修改引力论在非线性尺度上的表现。现在已经存在很多修改引力论的模型,如f（R）,DGP,Mond等,但是在工作中并没有使用别人已经提出的修改引力论方法,因为首先不可能去对所有的修改引力论模型都进行研究;其次重点研究的是修改引力对于宇宙中的物质分布在非线性尺度上的影响,而各种修改引力论对于物质聚集的影响是相似的,都可以通过一个参数表达出来。因此笔者提出一种修改引力论的方法,引进了一个简单参数ζ。这个参数ζ定义为G_eff/G/-φ/Ψ,这里G_eff是有效牛顿常数,G是牛顿常数,φ和Ψ则是时空度规的标量扰动方程中的两个势。这个ζ参数在广义相对论的基础上修改了物质粒子受到的加速度,加大或者减小这个参数会相应地改变物质粒子的加速度,进而会加快或者减慢大尺度结构的形成。这种对大尺度结构在线性尺度上的影响可以通过理论计算得到,但是大尺度结构的非线性增长无法通过理论计算得出,现在只有借助已经发展得比较成熟的数值模拟方法来研究这个问题。该文修改了现在已经比较成熟的数值模拟程序GADGET-2,加入了ζ参数。在进行数值模拟之前,首先检验了数值模拟的质量分辨率、模拟尺度,以及初始红移对最终物质功率谱的影响,并且证实修改后的GADGET-2程序是正确的。设定不同ζ参数的值,ζ=0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.5,这里ζ=1.0对应标准宇宙学,然后对每个ζ值运行了一组数值模拟。为了减少数值效应对最终结果的影响,并且突出显示修改引力论在非线性尺度上的表现,没有简单直接地使用不同ζ值物质功率谱来做比较,而是精巧地设置不同ζ值的输出红移,使不同ζ值在其对应的输出红移处有相同的线性功率谱,并且最终使用了ξ=ζ≠1.0/ζ=1.0这个比值参数来研究修改引力论在非线性尺度上的表现。通过宇宙学尺度上的数值模拟和高精度的小波物质功率谱方法,我们研究了ζ参数对物质在非线性尺度上增长的影响。通过ξ这个参数,在线性功率谱相同的时候,比较了不同ζ参数的功率谱在非线性尺度上相对于标准宇宙学模型的偏离。得到重大的发现:大尺度结构在非线性上的增长并不是想象的那样,较大的ζ参数加大了物质粒子的加速度,进而在线性和非线性尺度上都加快了结构形成,反而是在线性功率谱相同的时候,较大值的ζ给出了较小的非线性功率谱。这个发现也证明HKLM假定的不正确,从而证明基于这个假定的功率谱拟合公式（PD96,Smith2003）不适用于修改引力论,直接将这些功率谱拟合公式推广到修改引力论是不正确的。基于这个ζ参数的修改引力论模型,利用一系列的数值模拟的结果,为修改引力论提出了一个新的拟合公式。这个新的拟合公式不是对现有的这些拟合公式做推广,而是借助于标准宇宙学下的非线性功率谱,通过几个简单的参数就可以得到对应不同ζ值的非线性功率谱,而且其精度保证在5%以内。利用这套数值模拟的结果,我们进而研究ζ修改引力论下的本动速度场的功率谱、暗晕的质量方程,以及暗晕的性质。这些工作为我们从观测上区分修改引力论和广义相对论提供了理论指导。     

黑洞为证明广义相对论提供了支持

爱因斯坦的广义相对论预言宇宙中存在黑洞,现在黑洞为广义相对论提供了支持。相对论预言一个黑洞外面的弯曲时空会使光无法逃逸。最近,天文学家已经发现了这种效应。由美国宇航局戈德达航天中心的贾尼尔领导的一个研究小组借助钱德拉塞卡X射线天文台的高分