引力理论的广义相对论
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发布时间：2022-05-01 12:28
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时间：2023-10-12 02:59
广义相对论的基本出发点是：引力场中，在较小范围内，所有自由下落的物体具有同样的加速度。换句话说，任何物体的引力质量等于其惯性质量。这个从伽利略时代起就为人们熟知的事实，在十九世纪末由匈牙利物理学家厄缶验证到10-9的精度（六十年代以来,这个实验的精度又提高到10和11）。爱因斯坦由此出发提出了均匀引力场和均匀加速参考系等效的原理（见等效原理），以及一切自然定律应在任意坐标变换下协变的原理（通常称为广义相对性原理）。
广义相对论的基本内容是：三维空间和一维时间构成四维时空连续统；物理事件由四维时空连续统中的点表示；四维时空连续统的几何性质由四维黎曼几何描述。空间的度规张量和曲率则可以通过引力场方程，由物质的能量-动量张量决定。引力场方程可写为：
式中Rμv为里齐张量，R为标量曲率，gμv为度规张量,Tμv为物质的能量-动量张量，G是引力常数（见空间曲率、弯曲空间、度规）。
引力场中的自由粒子沿着四维时空连续统中的测地线运动。测地线的微分方程是：
式中，τ为原时，为联络。
广义相对论克服了牛顿万有引力定律所遇到的困难，完满地说明水星近日点的进动问题；预言光线在引力场中会发生偏转；强引力场中原子发出的光谱线和弱引力场中同种原子发出的同一光谱线相比，前者的光谱向红端移动。这些效应都在不同程度上得到观测和实验的证实（见广义相对论的天文验证）。
从二十年代起，人们借助于广义相对论把观测所及的宇宙作为一个整体来研究，预言它正在膨胀。这个预言也因河外星系谱线红移和微波背景辐射的发现而得到支持（见宇宙学）。六十年代以来，随着类星体、脉冲星等一系列新天体的发现，广义相对论已日益成为现代天体物理学的重要理论基础（见相对论天体物理学）。
广义相对论虽然取得了很大的成就，但也还存在一些问题。例如，已经证明,在某些相当一般的条件下,总会出现物理上难以接受的奇性以及量子化后不可重整的困难。因此，几十年来，不断有人提出其他的引力理论。这些理论大体可以分为两类：一类是平直空间中满足洛伦兹协变的引力理论，一类是弯曲空间中的度规型引力理论。经过多方面的检验，除了极个别的例外，所有这些理论都一个一个地被淘汰了。然而，以局部惯性系的存在为前提的引力规范理论却引起了广泛的注意。这种理论，就时空的几何性质而言，不仅考虑了曲率，而且考虑了挠率；就物质的特性而言，不仅考虑了能量、动量，也考虑了自旋。它不仅和广义相对论一样，能经受住目前实验和观测的检验，而且有可能克服奇性和重整化困难。在这个方向上，最近出现的超引力理论已经展示了将四种基本相互作用统一起来的诱人前景。
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时间：2023-10-12 02:59
广义相对论的基本出发点是：引力场中，在较小范围内，所有自由下落的物体具有同样的加速度。换句话说，任何物体的引力质量等于其惯性质量。这个从伽利略时代起就为人们熟知的事实，在十九世纪末由匈牙利物理学家厄缶验证到10-9的精度（六十年代以来,这个实验的精度又提高到10和11）。爱因斯坦由此出发提出了均匀引力场和均匀加速参考系等效的原理（见等效原理），以及一切自然定律应在任意坐标变换下协变的原理（通常称为广义相对性原理）。
广义相对论的基本内容是：三维空间和一维时间构成四维时空连续统；物理事件由四维时空连续统中的点表示；四维时空连续统的几何性质由四维黎曼几何描述。空间的度规张量和曲率则可以通过引力场方程，由物质的能量-动量张量决定。引力场方程可写为：
式中Rμv为里齐张量，R为标量曲率，gμv为度规张量,Tμv为物质的能量-动量张量，G是引力常数（见空间曲率、弯曲空间、度规）。
引力场中的自由粒子沿着四维时空连续统中的测地线运动。测地线的微分方程是：
式中，τ为原时，为联络。
广义相对论克服了牛顿万有引力定律所遇到的困难，完满地说明水星近日点的进动问题；预言光线在引力场中会发生偏转；强引力场中原子发出的光谱线和弱引力场中同种原子发出的同一光谱线相比，前者的光谱向红端移动。这些效应都在不同程度上得到观测和实验的证实（见广义相对论的天文验证）。
从二十年代起，人们借助于广义相对论把观测所及的宇宙作为一个整体来研究，预言它正在膨胀。这个预言也因河外星系谱线红移和微波背景辐射的发现而得到支持（见宇宙学）。六十年代以来，随着类星体、脉冲星等一系列新天体的发现，广义相对论已日益成为现代天体物理学的重要理论基础（见相对论天体物理学）。
广义相对论虽然取得了很大的成就，但也还存在一些问题。例如，已经证明,在某些相当一般的条件下,总会出现物理上难以接受的奇性以及量子化后不可重整的困难。因此，几十年来，不断有人提出其他的引力理论。这些理论大体可以分为两类：一类是平直空间中满足洛伦兹协变的引力理论，一类是弯曲空间中的度规型引力理论。经过多方面的检验，除了极个别的例外，所有这些理论都一个一个地被淘汰了。然而，以局部惯性系的存在为前提的引力规范理论却引起了广泛的注意。这种理论，就时空的几何性质而言，不仅考虑了曲率，而且考虑了挠率；就物质的特性而言，不仅考虑了能量、动量，也考虑了自旋。它不仅和广义相对论一样，能经受住目前实验和观测的检验，而且有可能克服奇性和重整化困难。在这个方向上，最近出现的超引力理论已经展示了将四种基本相互作用统一起来的诱人前景。
