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广义相对论

广义相对论是现代物理中基于相对性原理利用几何语言描述的引力理论。该理论由阿尔伯特·爱因斯坦等人自1907年开始发展，最终在1915年基本完成。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律与狭义相对论加以推广。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率），而时空的曲率则通过爱因斯坦场方程和处于其中的物质及辐射的能量与动量联系在一起。

从广义相对论得到的部分预言和经典物理中的对应预言非常不同，尤其是有关时间流易、空间几何、自由落体的运动以及光的传播等问题，例如引力场内的时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟效应。广义相对论的预言至今为止已经通过了所有观测和实验的验证——广义相对论虽然并非当今描述引力的唯一理论，但却是能够与实验数据相符合的最简洁的理论。不过仍然有一些问题至今未能解决。最为基础的即是广义相对论和量子物理的定律应如何统一以形成完备并且自洽的量子引力理论。

爱因斯坦的广义相对论理...

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广义相对论

历史爱因斯坦解释广义相对论的手稿扉页1905年爱因斯坦发表狭义相对论后，他开始着眼于如何将引力纳入狭义相对论框架的思考。以一个处在自由落体状态的观察者的理想实验为出发点，他从1907年开始了长达八年的对引力的相对性理论的探索。在历经多次弯路和错误之后，他于1915年11月在普鲁士科学院上作了发言，其内容正是著名的爱因斯坦引力场方程。这个方程描述了处于时空中的物质是如何影响其周围的时空几何，并成为了爱因斯坦的广义相对论的核心。爱因斯坦的引力场方程是一个二阶非线性偏微分方程组，数学上想要求得方程的解是一件非常困难的事。爱因斯坦运用了很多近似方法，从引力场方程得出了很多最初的预言。不过很快天才的天体物理学家卡尔·史瓦西就在1916年得到了引力场方程的第一个非平庸精确解——史瓦西度规，这个解是研究星体引力坍缩的最终阶段，即黑洞的理论基础。在同一年，将史瓦西几何扩展到带有电荷的质量的研究工作也开始进...

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广义相对论的实验验证

经典实验爱因斯坦在1916年提出了三个检验广义相对论的实验，后来被称作“经典广义相对论实验”：水星轨道近日点的进动光波在太阳附近的偏折光波的引力红移水星轨道近日点的进动更多资料：广义相对论中的开普勒问题2006年11月8日发生的水星凌日。画面中部偏下的小黑点是水星，左边较大的一个黑点和右边的两个黑点是太阳黑子在牛顿物理中，一个独立天体围绕一个带质量球体公转时，这二体系统会描绘出一个椭圆，带质量球体位于椭圆的焦点。两个天体最接近的那一点为近心点（围绕太阳的近心点为近日点），其位置固定。在太阳系中有若干效应导致行星的近日点有进动，围绕着太阳公转。这主要是因为行星不断对其他行星进行轨道上的摄动。另一个效应是因为太阳的扁椭球形状，但这只造成很小的影响。水星的实际轨迹和牛顿动力学所预测的有所偏差。水星轨道近日点的反常进动率最先于1859年由奥本·勒维耶在一个天体力学问题中发现。他分析了从1697年至...

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广义相对论的替代理论

动机建立新的引力理论的动机随着年代不同，最早先的动机是要解释行星轨道（牛顿引力）以及更复杂的轨道（例如：拉格朗日）。再来登场的是不成功的尝试——要合并引力与波理论或微粒(corpuscular)理论的新引力理论。随着洛伦兹变换的发现，物理学的样貌彻底改变，而导致了将其与引力调和的尝试。在此同时，实验物理学家开始测试引力与相对论的基础——洛伦兹不变性、引力造成的光线偏折、Eötvös实验。这些考量导致与考验了广义相对论的发展。本文中的符号标记c{\displaystylec\;}为光速，G{\displaystyleG\;}为引力常数。几何变数(Geometricvariables)在此不使用。拉丁字母指标取值从1到3，希腊字母指标取值从0到3。采用爱因斯坦取和原则。ηη-->μμ-->νν-->{\displaystyle\eta_{\mu\nu}\;}为闵可夫斯基度规。gμμ-->νν-...

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广义相对论是如何被证明的

光线在通过大质量物体附近时会发生弯曲，这是广义相对论的一个重要预言。但对这一预言的验证常被戏剧化地、简单化和夸张地再现给观众和读者，大大偏离了科学史史实。那么，真实的情形如何呢? 在一部艺术地再现爱因斯坦一生的法国电影《爱因斯坦》中，有这样一个镜头，1919年秋季某一天在德国柏林，爱因斯坦举着一张黑乎乎的照相底片，对普朗克说：(大意)多么真实的光线弯

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