广义相对论重要,广义相对论的意义与作用

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广义相对论的意义与作用

广义相对论对于研究天体结构和演化以及宇宙的结构和演化具有重要意义。中子星的形成和结构、黑洞物理和黑洞探测、引力辐射理论和引力波探测、大爆炸宇宙学、量子引力以及大尺度时空的拓扑结构等问题的研究正在深入,广义相对论成为物理研究的重要理论基础。

广义相对论重要,广义相对论的意义与作用图1

当前进展:

在引力和宇宙学的研究中,广义相对论已经成为了一个高度成功的模型,至今为止已经通过了每一次意义明确的观测和实验的检验。然而即便如此,仍然有证据显示这个理论并不是那么完善的:对量子引力的寻求以及时空奇点的现实性问题依然有待解决;实验观测得到的支持暗物质和暗能量存在的数据结果也在暗暗呼唤着一种新物理学的建立。

而从先驱者号观测到的反常效应也许可以用已知的理论来解释,也许则真的是一种新物理学来临的预告。不过,广义相对论之中仍然充满了值得探索的可能性:数学相对论学家正在寻求理解奇点的本性,以及爱因斯坦场方程的基本属性。

不断更新的计算机正在进行黑洞合并等更多的数值模拟;广义相对论最后一个预言(引力波)已被证实,人类探测到了引力波,对宇宙的认识将会到达一个新的领域。在爱因斯坦发表他的理论九十多年之后,广义相对论依然是一个高度活跃的研究领域。

爱因斯坦的广义相对论得到了哪三项科学实验的验证

在广义相对论提出的100年里,广义相对论作为描述引力唯一的基础理论,与另一力学的基础理论——量子力学始终格格不入。因此100年来,从来没有人认为它是一个终极理论,这与当年的牛顿理论情况是完全不一样的。

广义相对论重要,广义相对论的意义与作用图2

引力物理学两百多年的牛顿

不但在与量子力学的融合中困难重重,广义相对论在自身引力问题上也出现了问题,从星系旋臂公转速度异常到宇宙加速膨胀都导致广义相对论作为引力的唯一基础理论显得相当尴尬。它似乎不单在微观尺度出问题,似乎在宇观尺度也有问题。这就很尴尬了,这应该是爱因斯坦做梦也没想到的。

广义相对论重要,广义相对论的意义与作用图3

广义相对论的缔造者爱因斯坦

因此,不但数十年来统一理论(同意广义相对论与量子力学)的尝试没有停过,近年来对广义相对论进行修正的呼声也越来越高。虽然广义相对论的修正理论已经相当多了,但是由于这些理论所能作出的与广义相对论结论迥异的预言目前都无法验证,而科学家也依然没有在观测和实验上排除暗物质和暗能量的存在,因此这些替代理论目前都无法代替广义相对论的位置。

广义相对论重要,广义相对论的意义与作用图4

时空弯曲引力理论

因此,广义相对论其实并没有处在一个不容质疑、不容推翻的地位上,之所以目前仍然被奉为唯一的引力理论,是因为我们还没有找到更好的,但探索的脚步从没有停下。现在的理论物理并没有很多人想象的那么故步自封,世界各地那些天才的大脑正在竭尽所能地寻找理论的新突破。只是在当今理论与观测的超高精度下,找到正确的新理论远比一般人想象的困难得多。

广义相对论重要,广义相对论的意义与作用图5

双中子星碰撞产生的引力波和伽马射线暴

虽然物理爱好者和“民间科学家”对寻找终极理论一向乐此不疲,但在目前的理论精度下,这真不是一般人能完成的了。我只想说,前沿的物理学家比“民间科学家”们更热衷于寻找终极(统一)理论,他们所做的尝试并不比“民间科学家”们少!理论物理从未停滞不前,只是受限于现在的实验和观测能力,无法去验证新理论的正确性而已。

广义相对论重要,广义相对论的意义与作用图6

强子对撞机里的高能对撞实验

对于严谨的科学而言,没有更好更精确的理论之前,就用已有的理论。所以,目前广义相对论仍然是宇宙学研究里唯一的引力理论。

广义相对论对科学发展造成了什么样的影响

1.爱因斯坦的广义相对论在天体物理学中有着非常重要的应用:它直接推论出某些大质量恒星将最终消失,因为某些时空区域被扭曲了,甚至光线也无法逃脱。有证据表明,恒星黑洞和超大质量黑洞是某些天体(如活跃的银河核和微类星体)发出高强度辐射的直接原因。引力场中的光偏转将形成引力透镜现象,使人们可以在遥远的位置观察同一天体的多个图像。广义相对论还预测了引力波的存在。引力波已经通过间接观测得到了证实,直接观测是当今世界上激光干涉重力波观测站的重力波观测程序的目标。此外,广义相对论是现代宇宙论扩展宇宙模型的理论基础。 [16]

广义相对论有实用性吗

当前来看,它在现实中的实用性不大。它在 GPS 中的应用算是最贴近现实的了,在宇宙学方面的应用次之,其他的都只具有学述方面的价值了。

看一个理论的价值不能只看它的实用性,更不能看它当前的实用性。以电动力学为例,在最初建立的时候,实用性也不大。但是今天,电子技术特别是无线电的应用,都是受益于它的。没有电动力学,人们甚至不知道有电磁波的存在。这是一个很好的例子,说明对待基础理论太过于过功利是不对的。

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