广义相对论文发表以来

广义相对论文发表以来

概况广义相对论是阿尔伯特●爱因斯坦于1916年发表的用几何语言描述的引力理论，它代表了现代物理学中引力理论研究的最高水平。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立的。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相关系，其关系方式即是爱因斯坦的引力场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）。 从广义相对论得到的有关预言和经典物理中的对应预言非常不相同，尤其是有关时间流逝、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——虽说广义相对论并非当今描述引力的唯一理论，它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，典型的即是如何将广义相对论和量子物理的定律统一起来，从而建立一个完备并且自洽的量子引力理论。 爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用：它直接推导出某些大质量恒星会终结为一个黑洞——时空中的某些区域发生极度的扭曲以至于连光都无法逸出。有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体例如活动星系核和微类星体发射高强度辐射的直接成因。光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象，这使得人们能够观察到处于遥远位置的同一个天体的多个成像。广义相对论还预言了引力波的存在，引力波已经被间接观测所证实，而直接观测则是当今世界像激光干涉引力波天文台（LIGO）这样的引力波观测计划的目标。此外，广义相对论还是现代宇宙学膨胀宇宙论的理论基础。编辑本段相关简介相对论是现代物理学的理论基础之一。论述物质运动与空间时间关系的理论。20世纪初由爱因斯坦创立并和其他物理学家一起发展和完善，狭义相对论于1905年创立，广义相对论于1916年完成。19世纪末由于牛顿力学和（苏格兰数学家）麦克斯韦（1831~1879年）电磁理论趋于完善，一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”，但当人们运用伽利略变换解释光的传播等问题时， 发现一系列尖锐矛盾，对经典时空观产生疑问。爱因斯坦对这些问题，提出物理学中新的时空观，建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律，创立相对论。 狭义相对论提出两条基本原理。（1）光速不变原理。 即在任何惯性系中， 真空中光速c都相同， 与光源及观察者的运动状况无关。（2）狭义相对性原理是物理学的基本定律乃至自然规律，对所有惯性参考系来说都相同。 广义相对论爱因斯坦的第二种相对性理论（1916年）。该理论认为引力是由空间——时间几何（也就是，不仅考虑空间中的点之间，而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何）的畸变引起的，因而引力场影响时间和距离的测量. 广义相对论：爱因斯坦的基于光速对所有的观察者（而不管他们如何运动的）必须是相同的观念的理论。它将引力按照四维空间—时间的曲率来解释。 狭义相对论和万有引力定律，都只是广义相对论在特殊情况之下的特例。狭义相对论是在没有重力时的情况；而万有引力定律则是在距离近、引力小和速度慢时的情况。 600千米的距离观看十倍太阳质量黑洞模拟图在600千米的距离上观看十倍太阳质量的黑洞（模拟图），背景为银河系编辑本段诞生背景爱因斯坦在1905年发表了一篇探讨光线在狭义相对论中，重力和加速度对其影响的论文，广义相对论的雏型就此开始形成。1912年，爱因斯坦发表了另外一篇论文，探讨如何将重力场用几何的语言来描述。至此，广义相对论的运动学出现了。到了1915年，爱因斯坦场方程式被发表了出来，整个广义相对论的动力学才终于完成。 1915年后，广义相对论的发展多集中在解开场方程式上，解答的物理解释以及寻求可能的实验与观测也占了很大的一部份。但因为场方程式是一个非线性偏微分方程，很难得出解来，所以在电脑开始应用在科学上之前，也只有少数的解被解出来而已。其中最著名的有三个解：史瓦西解(the Schwarzschild solution (1916)), the Reissner-Nordström solution and the Kerr solution。 在广义相对论的观测上，也有著许多的进展。水星的岁差是第一个证明广义相对论是正确的证据，这是在相对论出现之前就已经量测到的现象，直到广义相对论被爱因斯坦发现之后，才得到了理论的说明。第二个实验则是1919年爱丁顿在非洲趁日蚀的时候量测星光因太阳的重力场所产生的偏折，和广义相对论所预测的一模一样。这时，广义相对论的理论已被大众和大多的物理学家广泛地接受了。之后，更有许多的实验去测试广义相对论的理论，并且证实了广义相对论的正确。 另外，宇宙的膨胀也创造出了广义相对论的另一场高潮。从19 爱因斯坦解释广义相对论的手稿扉页22年开始，研究者们就发现场方程式所得出的解答会是一个膨胀中的宇宙，而爱因斯坦在那时自然也不相信宇宙会来涨缩，所以他便在场方程式中加入了一个宇宙常数来使场方程式可以解出一个稳定宇宙的解出来。但是这个解有两个问题。在理论上，一个稳定宇宙的解在数学上不是稳定。另外在观测上，1929年，哈勃发现了宇宙其实是在膨胀的，这个实验结果使得爱因斯坦放弃了宇宙常数，并宣称这是我一生最大的错误(the biggest blunder in my career)。 但根据最近的一形超新星的观察，宇宙膨胀正在加速。所以宇宙常数似乎有败部复活的可能性，宇宙中存在的暗能量可能就必须用宇宙常数来解释.编辑本段基本假设简单地说，广义相对论的两个基本原理是：一，等效原理：引力与惯性力等效；二，广义相对性原理： 等效原理所有的物理定律在任何参考系中都取相同的形式。等效原理等效原理：分为弱等效原理和强等效原理，弱等效原理认为引力质量和惯性质量是等同的。强等效原理认为，两个空间分别受到引力和与之等大的惯性力的作用，在这两个空间中从事一切实验，都将得出同样的物理规律。 现在有不少学者在从事等效原理的论证研究，但是至少目前能够做到的精度来看，未曾从实验上证明等效原理是破缺的。广义相对性原理广义相对性原理：物理定律的形式在一切参考系都是不变的。 普通物理学(大学课本)中是这样描述这两个原理的： 等效原理：在处于均匀的恒定引力场影响下的惯性系，所发生的一切物理现象，可以和一个不受引力场影响的，但以恒定加速度运动的非惯性系内的物理现象完全相同。 广义相对论的相对性原理：所有非惯性系和有引力场存在的惯性系对于描述物理现象都是等价的。编辑本段基本概念广义相对论是基于狭义相对论的。如果后者被证明是错误的，整个理论的大厦都将垮塌。质量的两种不同表述为了理解广义相对论，我们必须明确质量在经典力学中是如何定义的。 首先，让我们思考一下质量在日常生活中代表什么。“它是重量”？事实上，我们认为质量是某种可称量的东西，正如我们是这样度量它的：我们把需要测出其质量的物体放在一架天平上。我们这样做是利用了质量的什么性质呢？是地球和被测物体相互吸引的事实。这种质量被称作“ 小球落到正在加速的地板上和落到地球上引力质量”。我们称它为“引力的”是因为它决定了宇宙中所有星星和恒星的运行：地球和太阳间的引力质量驱使地球围绕后者作近乎圆形的环绕运动。 现在，试着在一个平面上推你的汽车。你不能否认你的汽车强烈地反抗着你要给它的加速度。这是因为你的汽车有一个非常大的质量。移动轻的物体要比移动重的物体轻松。质量也可以用另一种方式定义：“它反抗加速度”。这种质量被称作“惯性质量”。 因此我们得出这个结论：我们可以用两种方法度量质量。要么我们称它的重量（非常简单），要么我们测量它对加速度的抵抗（使用牛顿定律）。 人们做了许多实验以测量同一物体的惯性质量和引力质量。所有的实验结果都得出同一结论：惯性质量等于引力质量。 牛顿自己意识到这种质量的等同性是由某种他的理论不能够解释的原因引起的。但他认为这一结果是一种简单的巧合。与此相反，爱因斯坦发现这种等同性中存在着一条取代牛顿理论的通道。 日常经验验证了这一等同性：两个物体（一轻一重）会以相同的速度“下落”。然而重的物体受到的地球引力比轻的大。那么为什么它不会“落”得更快呢？因为它对加速度的抵抗更强。结论是，引力场中物体的加速度与其质量无关。伽利略是第一个注意到此现象的人。重要的是你应该明白，引力场中所有的物体“以同一加速度下落”是（经典力学中）惯性质量和引力质量等同的结果。 现在我们关注一下“下落”这个表述。物体“下落”是由于地球的引力质量产生了地球的引力场。两个物体在所有相同的引力场中的加速度相同。不论是月亮的还是太阳的， 光锥它们以相同的比率被加速。这就是说它们的速度在每秒钟内的增量相同。（加速度是速度每秒的增加值）引力质量和惯性质量的等同性爱因斯坦一直在寻找“引力质量与惯性质量相等”的解释。为了这个目标，他作出了被称作“等同原理”的第三假设。它说明：如果一个惯性系相对于一个伽利略系被均匀地加速，那么我们就可以通过引入相对于它的一个均匀引力场而认为它（该惯性系）是静止的。 让我们来考查一个惯性系K’，它有一个相对于伽利略系的均匀加速运动。在K 和K’周围有许多物体。此物体相对于K是静止的。因此这些物体相对于K’有一个相同的加速运动。这个加速度对所有的物体都是相同的，并且与K’相对于K的加速度方向相反。我们说过，在一个引力场中所有物体的加速度的大小都是相同的，因此其效果等同于K’是静止的并且存在一个均匀的引力场。 因此如果我们确立等同原理，物体的两种质量相等只是它的一个简单推论。 这就是为什么（质量）等同是支持等同原理的一个重要论据。 通过假定K’静止且引力场存在，我们将K’理解为一个伽利略系，（这样我们就可以）在其中研究力学规律。由此爱因斯坦确立了他的第四个原理。编辑本段主要内容爱因斯坦提出“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上。根据等效原理，爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身固有性质无关，只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表面的大圆走。 引力是时空局域几何性质的表现。虽然广义相对论是爱因斯坦创立的，但是它的数学基础的源头可以追溯到欧氏几何的公理和数个世纪以来为证明欧几里德第五公设（即平行线永远保持等距）所做的努力，这方面的努力在罗巴切夫斯基、Bolyai、高斯的工作中到达了顶点：他们指出欧氏第五公设是不能用前四条公设证明的。非欧几何的一般数学理论是由高斯的学生黎曼发展出来的。所以也称为黎曼几何或曲面几何，在爱因斯坦发展出广义相对论之前，人们都认为非欧几何是无法应用到真实世界 光波从一个大质量物体表面出射频率发生红移中来的。 在广义相对论中，引力的作用被“几何化”——即是说：狭义相对论的闵氏空间背景加上万有引力的物理图景在广义相对论中变成了黎曼空间背景下不受力(假设没有电磁等相互作用)的自由运动的物理图景，其动力学方程与自身质量无关而成为测地线方程： 而万有引力定律也代之以爱因斯坦场方程： R_uv-1/2*R*g_uv=κ*T_uv （Rμν-（1/2）gμνR=8GπTμν/（c*c*c*c） -gμν） 其中 G 为牛顿万有引力常数 该方程是一个以时空为自变量、以度规为因变量的带有椭圆型约束的二阶双曲型偏微分方程。它以复杂而美妙著称，但并不完美，计算时只能得到近似解。最终人们得到了真正球面对称的准确解——史瓦兹解。 加入宇宙学常数后的场方程为： R_uv-1/2*R*g_uv+Λ*g_uv=κ*T_uv编辑本段宇宙现象与科研应用按照广义相对论，在局部惯性系内，不存在引力，一维时间和三维空间组成四维平坦的欧几里得空间；在任意参考系内，存在引力，引力引起时空弯曲，因而时空是四维弯曲的非欧黎曼空间。爱因斯坦找到了物质分布影响时空几何的引力场方程。时间空间的弯曲结构取决于物质能量密度、动量密度在时间空间中的分布，而时间空间的弯曲结构又反过来决定物体的运动轨道。在引力不强、时间空间弯曲很小情况下，广义相对论的预言同牛顿万有引力定律和牛顿运动定律的预言趋于一致；而引力较强、时间空间弯曲较大情况下，两者有区别。广义相对论提出以来，预言了水星近日点反常进动、光频引力红移、光线引力偏折以及雷达回波延迟，都被天文观测或实验所证实。近年来，关于脉冲双星的观测也 从光源射出的光线途经致密星体时发生偏折提供了有关广义相对论预言存在引力波的有力证据。 广义相对论由于它被令人惊叹地证实以及其理论上的优美，很快得到人们的承认和赞赏。然而由于牛顿引力理论对于绝大部分引力现象已经足够精确，广义相对论只提供了一个极小的修正，人们在实用上并不需要它，因此，广义相对论建立以后的半个世纪，并没有受到充分重视，也没有得到迅速发展。到20世纪60年代，情况发生变化，发现强引力天体（中子星）和3K宇宙背景辐射，使广义相对论的研究蓬勃发展起来。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。编辑本段广义相对论的实验检验在广义相对论建立之初，爱因斯坦提出了三项实验检验，一是水星近日点的进动，二是光线在引力场中的弯曲，三是光谱线的引力红移。其中只有水星近日点进动是已经确认的事实，其余两项只是后来才陆续得到证实。60年代以后，又有人提出观测雷达回波延迟、引力波等方案。水星近日点进动1859年，天文学家勒维利埃（Le Verrier）发现水星近日点进动的观测值，比根据牛顿定律计算的理论值每百年快38角秒。他猜想可能在水星以内还有一颗小行星，这颗小行星对水星的引力导致两者的偏差。可是经过多年的搜索，始终没有找到这颗小行星。1882年，纽康姆（S.Newcomb） 经过重新计算，得出水星近日点的多余进动值为每百年43角秒。他提出，有可能是水星因发出黄道光的弥漫物质使水星的运动受到阻尼。但这又不能解释为什么其他几颗 悬浮在空间中的静止粒子排列成的环行星也有类似的多余进动。纽康姆于是怀疑引力是否服从平方反比定律。后来还有人用电磁理论来解释水星近日点进动的反常现象，都未获成功。 1915年，爱因斯坦根据广义相对论把行星的绕日运动看成是它在太阳引力场中的运动，由于太阳的质量造成周围空间发生弯曲，使行星每公转一周近日点进动为： ε=24π2a2/T2c2（1-e2） 其中a为行星轨道的长半轴，c为光速，以cm/s表示，e为偏心率，T为公转周期。对于水星，计算出ε=43″/百年，正好与纽康姆的结果相符，一举解决了牛顿引力理论多年未解决的悬案。这个结果当时成了广义相对论最有力的一个证据。水星是最接近太阳的内行星。离中心天体越近，引力场越强，时空弯曲的曲率就越大。再加上水星运动轨道的偏心率较大，所以进动的修正值也比其他行星为大。后来测到的金星，地球和小行星伊卡鲁斯的多余进动跟理论计算也都基本相符。光线在引力场中的弯曲1911年爱因斯坦在《引力对光传播的影响》一文中讨论了光线经过太阳附近时由于太阳引力的作用会产生弯曲。他推算出偏角为0.83″，并且指出这一现象可以在日全食进行观测。1914年德国天文学家弗劳德（E.F.Freundlich）领队去克里木半岛准备对当年八月间的日全食进行观测，正遇上第一次世界大战爆发，观测未能进行。幸亏这样，因为爱因斯坦当时只考虑到等价原理，计算结果小了一半。1916年爱因斯坦根据完整的广义相对论对光线在引力场中的弯曲重新作了计算。他不仅考虑到太阳引力的作用，还考虑到太阳质量导致空间几何形变，光线的偏角为：α=1″.75R0/r，其中R0为太阳半径，r为光线到太阳中心的距离。 1919年日全食期间，英国皇家学会和英国皇家天文学会派出了由爱丁顿（A.S.FEddington）等人率领的两支观测队分赴西非几内亚湾的普林西比岛（Principe）和巴西的索布腊儿尔（Sobral）两地观测。经过比较，两地的观测结果分别为1″.61±0″.30和1″.98±0″.12。把当时测到的偏角数据跟爱因斯坦的理论预期比较，基本相符。这种观测精度太低，而且还会受到其他因素的干扰。人们一直在找日全食以外的可能。20世纪60年代发展起来的射电天文学带来了希望。用射电望远镜发现了类星射电源。1974年和1975年对类星体观测的结果，理论和观测值的偏差不超过百分之一。光谱线的引力红移广义相对论指出，在强引力场中时钟要走得慢些，因此从巨大质量的星体表面发射到地球上的光线，会向光谱的红端移动。爱因斯坦1911年在《引力对光传播的影响》一文中就讨论了这个问题。他以Φ表示太阳表面与地球之间的引力势差，ν0、ν分别表示光线在太阳表面和到达地球时的频率，得： （ν0 -ν）/ν=-Φ/c2=2×10－6. 爱因斯坦指出，这一结果与法布里（C.Fabry）等人的观 行星绕恒星作公转的比较测相符，而法布里当时原来还以为是其它原因的影响。 1925年，美国威尔逊山天文台的亚当斯（W.S.Adams）观测了天狼星的伴星天狼A。这颗伴星是所谓的白矮星，其密度比铂大二千倍。观测它发出的谱线，得到的频移与广义相对论的预期基本相符。 1958年，穆斯堡尔效应得到发现。用这个效应可以测到分辨率极高的r射线共振吸收。1959年，庞德（R.V.Pound）和雷布卡（G.Rebka）首先提出了运用穆斯堡尔效应检测引力频移的方案。接着，他们成功地进行了实验，得到的结果与理论值相差约百分之五。 用原子钟测引力频移也能得到很好的结果。1971年，海菲勒（J.C.Hafele）和凯丁（R.E.Keating）用几台铯原子钟比较不同高度的计时率，其中有一台置于地面作为参考钟，另外几台由民航机携带登空，在1万米高空沿赤道环绕地球飞行。实验结果与理论预期值在10%内相符。1980年魏索特（R.F.C.Vessot）等人用氢原子钟做实验。他们把氢原子钟用火箭发射至一万公里太空，得到的结果与理论值相差只有±7×10-5。雷达回波延迟光线经过大质量物体附近的弯曲现象可以看成是一种折射，相当于光速减慢，因此从空间某一点发出的信号，如果途经太阳附近，到达地球的时间将有所延迟。1964年，夏皮罗（I.I.Shapiro）首先提出这个建议。他的小组先后对水星、金星与火星进行了雷达实验，证明雷达回波确有延迟现象。近年来开始有人用人造天体作为反射靶，实验精度有所改善。这类实验所得结果与广义相对论理论值比较，相差大约1%。用天文学观测检验广义相对论的事例还有许多。例如：引力波的观测和双星观测，有关宇宙膨胀的哈勃定律，黑洞的发现，中子星的发现，微波背景辐射的发现等等。通过各种实验检验，广义相对论越来越令人信服。然而，有一点应该特别强调：我们可以用一个实验否定某个理论，却不能用有限数量的实验最终证明一个理论；一个精确度并不很高的实验也许就可以推翻某个理论，却无法用精确度很高的一系列实验最终肯定一个理论。对于广义相对论的是否正确，人们必须采取非常谨慎的态度，严格而小心地作出合理的结论。编辑本段爱因斯坦第四假设爱因斯坦的第四假设是其第一假设的推广。它可以这样表述：自然法则在所有的系中都是相同的。 不可否认，宣称所有系中的自然规律都是相同的比称只有在伽利略系中自然规律相同听起来更“自然”。但是我们不知道（外部）是否存在一个伽利略系。 这个原理被称作“广义相对论原理” 死亡电梯 让我们假想一个在摩天大楼内部自由下落的电梯，里面有一个蠢人。 这人让他的表和手绢同时落下。会发生什么呢？对于一个电梯外以地球为参照系的人来说，表、手绢、人 同一个天体在引力透镜效应下的四个成像和电梯正以完全一致的速度下落。（让我们复习一下：依据等同性原理，引力场中物体的运动不依赖于它的质量。）所以表和地板，手绢和地板，人和表，人和手绢的距离固定不变。因此对于电梯里的人而言，表和手绢将呆在他刚才扔它们的地方。 如果这人给他的手表或他的手绢一个特定的速度，它们将以恒定的速度沿直线运动。电梯表现得象一个伽利略系。然而，这不会永远持续下去。迟早电梯都会撞碎，电梯外的观察者将去参加一个意外事故的葬礼。 现在我们来做第二个理想化的试验：我们的电梯远离任何大质量的物体。比如，正在宇宙深处。我们的大蠢蛋从上次事故中逃生。他在医院呆了几年后，决定重返电梯。突然一个生物开始拖动这个电梯。经典力学告诉我们：恒力将产生恒定的加速度。（对于非常高速的情况这条规律不适用。因为一个物体的质量随速度增加而增大。在我们这个试验中我们假定它是正确的。）由此，电梯在伽利略系中将有一个加速运动。 我们的天才傻瓜呆在电梯里让他的手绢和手表下落。电梯外伽利略系中的人认为手表和手绢会撞到地板上。这是由于地板因其加速度而向它们（手绢和手表）撞过来。事实上，电梯外的人将会发现表和地板以及手绢和地板间的距离以相同的速率在减小。另一方面，电梯里的人会注意到他的手表和手绢有相同的加速度，他会把这归因于引力场。 这两种解释看起来似乎一样：一边是一个加速运动，另一边是一致的运动和引力场。 让我们再做一个实验来证明引力场的存在。一束光通过窗户射在对面的墙上。我们的两位观察者是这样解释的： 在电梯外的人告诉我们：光通过窗户以恒定的速度（当然了！）沿一条直线水平地射进电梯，照在对面的墙上。但由于电梯正在向上运动，所以光线的照射点应在此入射点稍下的位置上。 电梯里的人说：我们处于引力场中。由于光没有质量，它不会受引力场的影响，它会恰好落在入射点正对的点上。 噢！问题出现了。两个观察者的意见不一致。然而在电梯里的人犯了个错误。他说光没有质量，但光有能量，而能量有一个质量（记住一焦耳能量的质量是：M=E/C^2）因此光将有一个向地板弯曲的轨迹，正象外部的观察者所说的那样。 由于能量的质量极小（C^2=300，000，000×300，000，000），这种现象只能在非常强的引力场附近被观察到。这已经被证实：由于太阳的巨大质量，光线在靠近太阳时会发生弯曲。这个试验是爱因斯坦理论（广义相对论）的首次实证。 从所有这些实验中我们得出结论：通过引入一个引力场我们可以把一个加速系视为伽利略系。将其引伸，我们认为它对所有的运动都适用，不论它们是旋转的（向心力被解释为引力场）还是不均匀加速运动（对不满足黎曼（Riemann）条件的引力场通过数学方法加以转换）。你看，广义相对论与实践处处吻合。 上述例子取自 “L'évolution des idées en Physique” 爱因斯坦和 Leopold Infeld 著。编辑本段天体物理学上的应用引力透镜爱因斯坦十字：同一个天体在引力透镜效应下的四个成像 引力场中光线的偏折效应是一类新的天文现象的原因。当观测者与遥远的观测天体之间还存在有一个大质量天体，当观测天体的质量和相对距离合适时观测者会看到多个扭曲的天体成像，这种效应被称作引力透镜。受系统结构、尺寸和质量分布的影响，成像可以是多个，甚至可以形成被称作爱因斯坦环的圆环，或者圆环的一部分弧。最早的引力透镜效应是在1979年发现的，至今已经发现了超过一百个引力透镜。即使这些成像彼此非常接近以至于无法分辨——这种情形被称作微引力透镜——这种效应仍然可通过观测总光强变化测量到，很多微引力透镜也已经被发现。 引力透镜已经发展成为观测天文学的一个重要工具，它被用来探测宇宙间暗物质的存在和分布，并成为了用于观测遥远星系的天然望远镜，还可对哈勃常数做出独立的估计。引力透镜观测数据的统计结果还对星系结构演化的研究具有重要意义。引力波天文学

我们站在荒野上，眺望四周，自己当然就是一个可观测荒野的中心点。我们观测宇宙也是一样，上下左右前后，我们可观测到的宇宙是一个以我们为中心的球形。

可观测宇宙并不代表宇宙的形状，只是以观测者为中心的一片可观测到的球形区域。包括地球在内的宇宙中的每一个位置都可以作为中心点，从不同位置都可以分别得到一个可观测宇宙的区域范围。

我们从地球观测宇宙当然以自己为中心。目前可观测宇宙的半径为460亿光年的球体，当然这个可观测宇宙并非是说我们最远观测到了460亿光年在的星体，而是通过宇宙微波背景辐射数据计算得来。我们真正观测到的最远星系距离地球130多亿光年。

至于宇宙真正的大小就众说纷纭了，有学者认为宇宙直径780亿光年，小于可观测宇宙范围，也有学者认为是可观测宇宙半径的10倍，但无论那种观点基本都认同宇宙或许有限但永远到达不了边界。

总之，如果对于地球位于可观测宇宙的正中心存有疑问，必然是对于可观测宇宙的概念没有理解。可观测宇宙也可以这样描述，以我们为中心，可以观测到的宇宙区域。

观测，谁观测？当然站在我们人类的角度是我们人类啦。若我们观测不到的地方有外星人，他们的观测也是以他们为中心的，而我们人类相对他们来说是在“天边”。

无论是百度还是维基，我们搜到的宇宙大小都是930亿光年，无论从地球的任何方向上观测，宇宙的半径大小都是465亿光年，地球居然刚好在宇宙的正中！难道冥冥之中，真是上天的安排吗？

天圆地方是人类对世界的理解，古代的先贤们通过观测斗转星移得出地球处在宇宙的中心论，而古希腊伟大哲学家亚里士多德和托勒密则将其发展成了统治了人类思想数千年的"地心说"，从眼见为实的角度来看，地球确实是宇宙的中心，因为整个天空都围着地球转动。

但这个完美的理论中存在着一个巨大的漏洞，因为观测到四大行星居然会逆行，但由于地心说和教会的上帝创造宇宙理论非常贴合，所以即使有错也依旧流行了一千多年，一直到哥白尼的发现而提出了日心说，此后行星运动定律的发现，还有望远镜的发明，都间接或者直接的证明哥白尼太阳中心理论的正确性！

但随着天文学家对银河系认识的加深，发现太阳系不过是银河系中数千亿个恒星系中的一个，而且让人大跌眼镜的是太阳系并非在银河系的中心，只是在距离银心大约2.6万光年处的猎户座悬臂边缘，假如将整个北京城比作银河系的话，那么地球所处的位置至少也是三环以外了！

宇宙那么大，都不知道有几亿环，三环算得了什么？但据此认为地球还算中心的话，那就大错特错了，1965年宇宙微波背景辐射发现，使得在大尺度下测量星系的运动成了可能，1977年美国劳伦斯伯克莱国家实验室的乔治·斯穆特等人利用宇宙微波背景辐射有没有偶极异向性来测量银河系的运动，结果发现银河系的运动速度约为600千米/秒！

而它的运动方向则是1988年天文学界发现的一个银河系临近400多个椭圆星系的引力中心、距离银河系约2.5亿光年的巨引源，但这个位置在被银心附近大量恒星和尘埃遮挡，天文学界一直搞不清楚这个位置为什么具有如此强大的引力！不过你也无需担心银河系有一天会掉进这个巨引源，由于宇宙膨胀，巨引源远离银河系的速度高达4000多千米/秒！

红圈处即为巨引源

这个问题一直以来都是天文学家想知道的，但一直到1920年代为止，我们的认识仅仅局限在银河系内，直到哈勃通过造父变星的光变规律测定出了仙女星系至少远达110万光年，使得天文学家突然发现好多看起来在银河系内的星云好多都是更遥远的星系，但想要通过测量星系的距离来获得宇宙的大小，显然是徒劳的，因为有远的还有更远的，达到了望远镜观测极限，还需要更大的望远镜！无穷无尽，所以必须要有理论突破！

宇宙大爆炸论揭示的宇宙

上文中我们提及了宇宙微波背景辐射，这是勒梅特的大爆炸论的现实证据，除此以外，还有两个证据比如宇宙膨胀已经被勒梅特和弗里德曼通过推导爱因斯坦的引力场方程得到，而哈勃则通过观测证实了宇宙确实在膨胀中，而且越远的星系退行速度则越快！

此后对于宇宙诞生时的原初物质比例分布与大爆炸后的太初核聚变反应，也指向了宇宙在很久以前可能发生过一场难以想象的大爆炸，此后的微波背景辐射发现则让这个理论走向了实锤！通过观测宇宙微波背景辐射，再加上宇宙膨胀的速率，推算出宇宙的大小大约930亿光年，但光学可观测宇宙并没那么大，因为宇宙微波背景辐射是光学观测极限，更深入的发现要到中微子和引力波探测技术才能直达大爆炸的核心。

越过微波背景辐射的大爆炸核心，就是全部的宇宙了吗？

到现在为止的技术，宇宙微波背景辐射内的宇宙就是我们看到的所有，但天文学家显然不满足遇于此，因为之外的世界就是大爆炸后到38万年宇宙膨胀的距离，是可以计算出来的，但宇宙真的就只有这么大吗？

如何测量宇宙的大小

直接测量显然是不可能的，测量空间曲率，不同的曲率下宇宙形状可能是一个封闭的球体，即使再大它也有一个有限的空间大小，也有可能是双曲的无限空间，还有可能是一个平坦的无限空间！为什么宇宙的形状可以用这个参数来定义呢？

天文学家提出这几个模型是有理由的，1916年爱因斯坦广义相对论引力场公式发布后，1917年就被应用在了宇宙学上，其中上文提到的苏联物理学家弗里德曼勒梅特的早期推导，H.P.罗伯逊和沃尔克分别于1935年和1936年证明的弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规，就从广相引力场公式中推导出了宇宙的几种形状，其中有一个决定宇宙形状的关键参数空间曲率K，它的取值决定了宇宙的形状！

弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规

空间曲率不好测量，因此天文学家用宇宙平均密度和临界密度相比来代替这个参数，它也可以辅助弗里德曼方程中推导出来的宇宙到底膨胀还是静态、以及坍缩，因为弗里德曼方程中的宇宙在绝大部分条件下是膨胀的，而现代宇宙仍然在膨胀中！

而根据多个探测器对宇宙微波背景辐射观测以及计算的结果，宇宙的临界密度几乎就和平均密度相等，宇宙在大尺度上是平坦的，这意味着宇宙在空间比例上是无限的！这直接打破我们的认知，从可观测宇宙930亿光年看来已经大得超过我们的想象了，但天文学家的测量结果直接毁了三观！

简单的说，我们所观测到的宇宙很有可能就是某个角落，比如说处在一个撒哈拉大沙漠之中，目力所及都是漫漫黄沙，那么请问我们能发现自己处在沙漠的边缘还是中心呢？就像人类认识地球一样，在地球上无边无际的平坦地面，但到了太空，发现平坦的大地不过是一个球体！

观测技术的极限给了我们一个错觉，认为我们正处在宇宙的中心，但非常可惜，所谓的宇宙中心只是井蛙之识而已！

地球位于可观测宇宙正中心这件事，其实非常复杂，涉及到我们人类是如何观测宇宙的。

地球在宇宙中的位置，其实随着人类的观测手段提升而不断发生变化。

在古希腊时期，当时的希腊先贤们认为地球是宇宙的中心，所有的天体都围绕地球转动。其实把地球当做是宇宙的中心非常符合我们的直觉，因为我们就生活在地球表面，从我们的观测角度而言，太阳、月亮以及行星们确实都围绕着地球转动。

这就是地心说的原型，后来地心说被托勒密完善了，成为了一个科学理论。

地心说的理论很符合人们的直觉，也符合宗教的价值观，所以地心说统治了人们近2000年时间，直到哥白尼、开普勒等人建立了“日心说”。

其实日心说在刚提出来时，并没有十分准确，后来伽利略用望远镜发现了木星的卫星，直接否定了“地心说”，因为地心说认为所有的天体都围绕着地球运动。

开普勒在自己老师第谷观测的数据中推算出了“开普勒三定律”，让日心说成为了主流理论。

从地心说到日心说，变化的不只是科学理论，还有地球的位置，地球由原来的宇宙中心变成了太阳系中普通的一颗行星。而牛顿的出现，又让地球成为了宇宙中一颗不起眼的小星球。

牛顿提出万有引力之后，遇到一个问题没解决，那就是按照万有引力定律，所有的天体会在引力的作用下相互靠近，但是实际观测并不是这样。比如：月球并没有离我们越来越近。

此时牛顿就遇到了一个不可调和的问题，为了解决这个问题，他提出了宇宙是无限大的，这样宇宙的各个地方引力都平等，所以各个天体之间才没有相互靠近。这就是牛顿的世界观：静态宇宙。

但是很快有人质疑牛顿所描述的静态宇宙，他就是奥伯斯。 奥伯斯认为，如果宇宙是无限大的，并且是静止的，那么远处的星光应该会汇聚到地球上来，使得黑夜里也如白天一样明亮，但事实上黑夜里并没有这么多的星光。

奥伯斯提出的这个问题，叫做奥伯斯佯谬。

1905年，这一年被称之为爱因斯坦的奇迹年，在这一年中他先后发表了4篇开创性论文，每一篇都是超越诺贝尔奖的成就。

在其中一篇，爱因斯坦提出了广义相对论，但是在提出广义相对论时，他发现通过这个公式得到的结果是宇宙是动态的，这和他认为的世界观不一样，所以他在这个公式中添加了一个宇宙常数。

但是很快爱因斯坦遭遇了打脸，当时的神父勒梅特提出了质疑，而另一位科学家哈勃则通过望远镜发现星系红移，也就是有些星系正在远离地球。而且这种远离有一定的规律，离地球越远的天台退行速度越快，这就是宇宙膨胀。

虽然爱因斯坦在自己的广义相对论中自作聪明地加了一个宇宙常数，但这个宇宙常数只要取值合理，就能够描述宇宙膨胀。所以宇宙常数被保留在广义相对论之中。

根据宇宙膨胀，科学家们可以往后推算，宇宙在最初可能有个炙热的开端，所以提出了宇宙大爆炸假说。

宇宙大爆炸假说提出之后，科学家们就想知道宇宙是如何膨胀的，结果数据显示， 宇宙中还存在着一股看不见的力量导致宇宙加速膨胀，而且宇宙边缘的膨胀速度已经超越了光速，这代表着这些星系发出的光永远也到达不了地球，而我们永远也观测不到宇宙的边界。

如果我们把宇宙看做是地球那么大，那人类可能比蚂蚁还要小，而蚂蚁看到的范围是有限的，在它的视野范围之内就被称之为“可观测宇宙”，但 可观测宇宙并不是宇宙的全部 。

凭借目前的手段，我们只能够观测到直径960亿光年的宇宙范围，这也被称之为可观测宇宙，地球之所以位于可观测宇宙的中心，就是因为可观测宇宙是人类为它下的定义，并且是以地球为中心的宇宙，所以这并不是什么巧合。

而且，可观测宇宙的大小还能够凭借人类 科技 手段的提高而进一步扩大，但无论如何，我们都无法看到宇宙的全貌了。

能想出这个问题，真的很优秀。因为在我4岁的时候，我曾经发现过一个类似的问题，一度让我认为我就是那个天选之人！

那是上个世纪90年代初一个夏天的晚上。4岁的我，和我3岁半的表妹在院子里玩耍。那时还没有雾霾，头顶上一轮明月甚至有点刺眼。

伴着月光，我和妹妹在院子里互相追逐，嬉笑打闹。

突然，我发现！我跑的时候，头顶上的月亮在跟着我跑！

年幼的我，为自己这个惊人的大发现惊奇不已！几乎是立刻，我把这个惊天大秘密分享给了妹妹。

“妹妹你快看！我跑的时候，月亮也在跑！好神奇啊！”

3岁半的妹妹显然不明白我在说什么。当时她的表情是这样的：

然而，沉浸在与哥伦布发现新大陆同等喜悦中的我，完全没有意识到妹妹的呆滞。当时，内心隐隐出现了一丝膨胀的我，以为她那是崇拜的眼神。

“真的，你快看，太神奇了！你快也跑一下试试看！”我正色道。

从小就对我言听计从的妹妹，一路小跑溜了出去。

我赶紧抬头看月亮。

让我困惑的是，月亮它这次竟然没动。

什么意思？月亮，你动啊！你这样让我怎么在我妹妹面前做人？万一她以后不再崇拜我了怎么办？

“停！妹妹。你等一下。”

妹妹：

一瞬间，我又对自己产生了怀疑。难道之前是我的错觉？不行，我得再试一遍。

我抬起头，盯着月亮。生怕它再次我。

我向妹妹跑去。

月亮它又动了起来！

我终于明白了！原来，月亮只有在我跑的时候，它才会跑！其他人都不会！这就能解释一切了！

那一刻，我流下了激动的泪水。

那一刻，月光，就像一盏聚光灯一样，打在我的身上。

那一刻，我深信不疑，我，一定是上天派来拯救人类的真命天子。

那么，本题的答案很明显了：没错！就是这么巧！地球，就是被宇宙选中的那个真命天球！

根据现代天文学的观测，地球确实位于可观测宇宙的中心。

由于被银河系银盘所阻挡，只能观测到银盘上、下150度范围内的宇宙。

这就是所谓的可观测宇宙，是一个半径大约480亿光年的球体。

关于地球在宇宙中的位置，人类的认识经历了大起大落，以后又大起大落。

每一起一落之后，都伴随着人类对世界本质的深刻思考。

在最开始科学刚发展的时候。早期的哲学家已经意识到地球是一个圆的。

意大利传教士利玛窦（1552~1610），1583年进入中国，并带了一个地球仪。

当时的人们问他，如果大地是圆的，为什么下面的人不会掉下去？对此，利玛窦也无法回答。

在古希腊的时候，哲学家就已经认识到大地可能是圆的。因为，如果把太阳光看成是一个平行光的话，地球的弧度会影响同一时间物体在地面的投影角度。远离太阳的物体，在阳光下会有更长的阴影。

比达哥拉斯利用这个原理计算出了地球的周长是48,000公里。

我们现在知道地球的赤道周长是40075公里，比达哥拉斯能计算出如此的精度已经非常的了不起了，至少在数量级上是完全正确的。

银河系的直径大约是20万光年，地球所在的太阳系距离银河系中心2.5万光年左右。

银河系、仙女座大星云等几十个星系，组成了本星系群，本星系群的中心大概在银河系和仙女座大星云之间的位置。

大约在50亿年之后，仙女座大星云和银河系将会合并。

因为我们没有办法看到银河系的全貌，通常认我们认为仙女座大星云比银河系要大。但是实际上，可能银河系比仙女座要大，而且可能要大很多。

目前对星系质量的测算，银河系比仙女座大星云要大。银河系的逃逸速度是550公里每秒，仙女座的逃逸速度是470公里每秒。

本星系群等1000个星系群构成了室女座超星系团。

室女座超星系团，又称为本超星系团，跨度1.1亿光年左右，其引力中心点位于室女座方向。

室女座超星系团、长蛇~半人马座超星系团、孔雀~印地安超星系团，一起组成了拉尼亚凯亚超星系团。

这是宇宙最大的一级结构，它的样子像一片羽毛，跨度达到5.2亿光年。

拉尼亚凯亚的引力中心位于长蛇座。

那里存在一个巨大的引力源，吸引银河系以每秒钟近1000公里的速度狂奔。

但是银河系永远也到不了那里，因为银河系和巨引源之间的宇宙空间的膨胀速度是3000公里每秒。

如果我们看拉尼亚凯亚的结构，地球无论如何不在中心位置。但是整个可观测的宇宙，地球又位于中心，这怎么解释呢？

因为， 宇宙的任何一个点向周围观测，都会发现自己位于中心位置。 这是因为宇宙具有一个非凡的形状。

如果我们站在地表向周围眺望，会发现地平线围成了一个圆，而观测者就位于圆心。

像地球这样的封闭的二维球面，任意一个点都是中心点。

1922年，广义相对论发表7周年以后，前苏联的数学家、物理学家，亚历山大.弗里德曼根据广义相对论对宇宙的演化进行了深刻的数学描述。

根据不同的空间曲率，宇宙的形状可以有三种情况。

在平直坐标系中，三角形的三个内角之和是180度。如果三角形的三个内角之和小于180度，那么空间的曲率就是正的；如果内角和大于180度，空间的曲率就是负的。

如果宇宙的曲率是负的，宇宙是一个有起点，无穷大的双曲面结构。如果宇宙的曲律是0，则是一个无起点无终点的结构。宇宙空间的曲率为正的时候，宇宙是一个有起点，有限大的封闭结构。

如果把时间轴向前回溯138亿年，宇宙就会收缩成一个点，这个就是大爆炸的起点Big bang。

根据最新的欧洲普朗克卫星对于宇宙空间曲率的观测：宇宙的曲率是正的。

而且，科学家们根据测量到的数据，认为宇宙是一个球形，一个四维的超球体。而本宇宙位于四维超球体的3维表面。

所以，地球位于可观测宇宙的中心，绝对不是巧合，是由宇宙的形状决定的。

按照这一推理， 如果在宇宙空间中，朝着任意方向笔直前进，只要经历足够长的时间，我们一样可以回家。

本宇宙无限大，人类只有这个观测能力！如同盲人摸象！

更何况本宇宙的运动并非单纯的直线或者曲线运动！本宇宙的运动是二元对立的虚实宇宙极为复杂的运动模式构成了一个完整的运动形态！

这个形态看起来是一个巨大无比的椭圆，但是要让大家颠覆三观的是，我们的实体宇宙实际上是一个圆锥形状！

实体宇宙的镜像虚体宇宙也是大小相同的圆锥形状！

虚实两个宇宙的圆锥顶点垂直顶在一起，相互围绕同一个轴逆向旋转！

到了一定极限，两个宇宙会回向压缩，奔向原点！这个原点相当于数学中的坐标0点！

两个宇宙逆向旋转的同时，因为宇宙扩张形成的喇叭口还相对波浪运动。

同时，两个对立的宇宙整体呈现全方位浑圆旋转的状态！也就形成了大轨道，运行一个大周天需要多久？无法计算！

两个虚实宇宙就是所谓的二维！加上浑圆旋转的力场就是三维！再加上人类意识流形成所谓的四维！加上无限的时间就是五维！再无其他维数！

再多的维数其实是负数了！正负绝对值相当十维而已！

所谓的科学家杜撰十维，十一维？都是不科学！是幻想！更是与本宇宙的实际情况相悖！

这种浑圆无间的运动态势，以及无限的时空让人类永远迷茫！

不过如果以人类的主管愿望来说，地球确实在宇宙中间！

本宇宙围绕什么旋转呢？这个迷让他永远是迷吧！人类是没有破解的一天的！

当人类明白:人类的意识是一种非常强大的力量！超越所有！

并知道和掌握这个力量！

那么人类才可能有前途！

灵宝天尊梁玉坤秉持天道宣法

现代科学认为，我们的宇宙诞生于138亿年前的奇点爆炸，在非常短的时间内宇宙经历了暴涨，后又逐渐趋于平缓膨胀，现在的宇宙膨胀速度可以在哈勃常数上得到体现，最新的哈勃常数值为71 4kmsMpc，它表示空间位置与观测者每增加三百万光年，二者相互远离的速度就增加68公里左右，由此推算，当空间与我们的距离超过140亿光年左右时，空间退离我们的速度将超过光速，理论上我们能接收到的最遥远的光线时，发出此光线的物体距离我们已经有465亿光年远了，这也是我们可观测宇宙的半径长度。

可观测宇宙是指在宇宙中以观测者为中心，物体发出的光线有足够的时间被观测者接收到的距离为半径的一个球形范围。由此可知，如果观测者在地球上，那么显然地球就是可观测宇宙的中心，如果观测者位于火星，那么对于观测者而言可观测宇宙的中心就是火星了。也就是说，不论你身处宇宙的何处，你都会形成一个以你自己为中心的可观测宇宙。除此之外，宇宙中任何地方的可观测宇宙大小都是一样的，这是因为宇宙在整体上表现为各向同性，当下时刻每个观测者形成的可观测宇宙范围有可能重叠，但是在尺度上都是一样的。

综上所述，可观测宇宙的中心由观察者决定，如果有一天你登上了月球，对你来说月球就是你的可观测宇宙中心。

感谢浏览。

宇宙是无限空间，在地球观测宇宙，地球不是中心，宇宙也无中心。地球也在运转，地球中心也要调整。地球中心不是巧合，是必然中心

不，这是必然。你的观测范围是100米，你能观测到的范围就是以你为圆心，半径100米的一个圆(球)，不管你在哪观测，你都在可观测范围的圆心。虽然这个问题没什么意义，但我还是决定为你解答[呲牙]

“大爆炸宇宙论”（The Big Bang Theory）是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。

广义相对论文发表以来是指

广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后，深入研究引力理论，于1913年提出的引力场的相对论理论。这一理论完全不同于牛顿的引力论，它把引力场归结为物体周围的时空弯曲，把物体受引力作用而运动，归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动。因此，广义相对论亦称时空几何动力学，即把引力归结为时空的几何特性。 如何理解广义相对论的时空弯曲呢？这里我们借用一个模型式的比拟来加以说明。假如有两个质量很大的钢球，按牛顿的看法，它们因万有引力相互吸引，将彼此接近。而爱因斯坦的广义相对论则并不认为这两个钢球间存在吸引力。它们之所以相互靠近，是由于没有钢球出现时，周围的时空犹如一张拉平的网，现在两个钢球把这张时空网压弯了，于是两个钢球就沿着弯曲的网滚到一起来了。这就相当于因时空弯曲物体沿短程线的运动。所以，爱因斯坦的广义相对论是不存在“引力”的引力理论。 进一步说，这个理论是建立在等效原理及广义协变原理这两个基本假设之上的。等效原理是从物体的惯性质量与引力质量相等这个基本事实出发，认为引力与加速系中的惯性力等效，两者原则上是无法区分的；广义协变原理，可以认为是等效原理的一种数学表示，即认为反映物理规律的一切微分方程应当在所有参考系中保持形式不变，也可以说认为一切参考系是平等的，从而打破了狭义相对论中惯性系的特殊地位，由于参考系选择的任意性而得名为广义相对论。 我们知道，牛顿的万有引力定律认为，一切有质量的物体均相互吸引，这是一种静态的超距作用。 在广义相对论中物质产生引力场的规律由爱因斯坦场方程表示，它所反映的引力作用是动态的，以光速来传递的。 广义相对论是比牛顿引力论更一般的理论，牛顿引力论只是广义相对论的弱场近似。所谓弱场是指物体在引力场中的引力能远小于固有能，力场中，才显示出两者的差别，这时必须应用广义相对论才能正确处理引力问题。 广义相对论在1915年建立后，爱因斯坦就提出了可以从三个方面来检验其正确性，即所谓三大实验验证。这就是光线在太阳附近的偏折，水星近日点的进动以及光谱线在引力场中的频移，这些不久即为当时的实验观测所证实。以后又有人设计了雷达回波时间延迟实验，很快在更高精度上证实了广义相对论。60年代天文学上的一系列新发现：3K微波背景辐射、脉冲星、类星体、X射电源等新的天体物理观测都有力地支持了广义相对论，从而使人们对广义相对论的兴趣由冷转热。特别是应用广义相对论来研究天体物理和宇宙学，已成为物理学中的一个热门前沿。 爱因斯坦一直把广义相对论看作是自己一生中最重要的科学成果，他说过，“要是我没有发现狭义相对论，也会有别人发现的，问题已经成熟。但是我认为，广义相对论不一样。”确实，广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想，这一全新的引力理论至今仍是一个最美好的引力理论。没有大胆的革新精神和不屈不挠的毅力，没有敏锐的理论直觉能力和坚实的数学基础，是不可能建立起广义相对论的。伟大的科学家汤姆逊曾经把广义相对论称作为人类历史上最伟大的成就之一。参考资料：

广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1915年发表的用几何语言描述的引力理论（发表于《普鲁士科学院会议报告》1915年，778-786），它代表了现代物理学中引力理论研究的最高水平。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相联系，其联系方式即是爱因斯坦的引力场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）。从广义相对论得到的有关预言和经典物理中的对应预言非常不相同，尤其是有关时间流逝、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——虽说广义相对论并非当今描述引力的唯一理论，它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，典型的即是如何将广义相对论和量子物理的定律统一起来，从而建立一个完备并且自洽的量子引力理论。爱因斯坦的科学定律，对所有的观察者，不管他们如何运动，都必须是相同的（广义相对性原理）。它将引力解释成四维空间的曲率。

广义相对论大致有3个意思：

1,宇宙中引力场愈强的地方(如太阳,白矮星,中子星及黑洞旁),空间会愈弯曲，时间会愈慢。

2,存在黑洞,而黑洞旁就是空间最弯曲，时间最慢的地方。

3,宇宙中存在宇宙常数Λ(为支持他的稳态宇宙论),与1998年发现的暗能量一样,是一种斥力。

爱因斯坦的广义相对论引力方程：

一，R_uv-1/2*R*g_uv+∧*g_uv（内斥力-在本宇宙内）=κ*T_uv（物质的能量动量张量）

（空间的弯曲，时间的变慢）

二，R_uv-1/2*R*g_uv=κ*T_uv（物质的能量动量）-∧*g_uv（外斥力-在本宇宙外）

（空间的弯曲，时间的变慢）

图中＋－号代表不可分割的最小正负弦信息单位-弦比特（string bit）

（名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit

量子信息研究兴盛后,此概念升华为，万物源于量子比特）

注：位元即比特

“广义相对论的基础”发表于1916年，它是广义相对论的“标准版本”。在这里，爱因斯坦的思想已达到炉火纯青的地步，其行文如行云流水，看不到一点斧凿的痕迹。玻恩在1955年的一篇报告中说得好：“对于广义相对论的提出，我过去和现在都认为是人类认识大自然的最伟大的成果，它把哲学的深奥、物理学的直观和数学的技艺令人惊叹地结合在一起。”爱因斯坦在黑暗中探索的年代里，怀着热烈的向往，时而充满自信，时而精疲力竭，而最后终于看到了光明。相对论(狭义相对论和广义相对论)的大厦全部建成了。

1919年，爱因斯坦在介绍相对论时说：“相对论有点像两层的建筑，这两层就是狭义相对论和广义相对论。狭义相对论适用于除了引力以外的一切物理现象；广义相对论提供了引力定律以及它同自然界别种力的关系。”

广义相对论，又叫普遍相对论，它的基本原理也是两条：等效性原理，即某一加速运动的参照系中的惯性力与在一个小体积范围内的万有引力是等效的；广义相对论性原理，即物理规律在一切参照系中都是相同的。

广义相对论运用了大量的黎曼几何、张量计算、绝对微分等艰深的数学知识，充满了深邃的哲学思辨，包含着崭新的物理内容，就是高级研究人员要弄懂它也非花大力气不可，一般人自不待言，更不用说哥廷根街上的学童了。对于爱因斯坦同时代的人来说，具有这些知识的人寥寥无几。但是，由于广义相对论的预言不久得到了实验验证，所以还是引起了相当大的轰动。

狭义相对论论文发表时间

爱因斯坦狭义相对论1905年6月30日提出。

1905年5月的一天，爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题，贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法，两人讨论了很久。突然，爱因斯坦领悟到了什么，回到家经过反复思考，终于想明白了问题。

第二天，他又来到贝索家，说：谢谢你，我的问题解决了。原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙，经过五个星期的努力工作，爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。

相对论的介绍

1905年6月30日，德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》，在同年9月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。

狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦解决问题的出发点，是他坚信相对性原理。伽利略最早阐明过相对性原理的思想，但他没有对时间和空间给出过明确的定义。

【成长履历】 1879年3月14日上午11时30分，爱因斯坦（Einstein）出生在德国乌尔姆市班霍夫街135号。父母都是犹太人。父名赫尔曼·爱因斯坦，母亲波林·科克。 1884年，5岁，爱因斯坦对袖珍罗盘着迷。 1885年，爱因斯坦开始学小提琴。 1886年，爱因斯坦在慕尼黑公立学校（CouncilSchool）读书；在家里学习犹太教的教规。 1888年，爱因斯坦入路易波尔德高级中学学习。在学校继续受宗教教育，接受受戒仪式。弗里德曼是指导老师。 1889年，在医科大学生塔尔梅引导下，读通俗科学读物和哲学著作。 1891年，自学欧几里德几何学（Euclideangeometry），感到狂热的喜爱，同时开始自学高等数学。 1892年，开始读康德（ImmanuelKant）的著作。 1895年，自学完微积分（calculous）。 1896年，获阿劳中学毕业证书。10月，进苏黎世联邦工业大学师范系学习物理。 1899年10月19日，爱因斯坦正式申请瑞士公民权。 1900年8月爱因斯坦毕业于苏黎世联邦工业大学；12月完成论文《由毛细管现象得到的推论》，次年发表在莱比锡《物理学杂志》上。 1901年，3月21日取得瑞士国籍。在这一年5－7月完成电势差的热力学理论的论文。 1904年，9月由专利局的试用人员转为正式三级技术员。 1905年3月发展量子论，提出光量子假说，解决了光电效应问题。4月向苏黎世大学提出论文《分子大小的新测定法》，取得博士学位。5月完成论文《论动体的电动力学》，独立而完整地提出狭义相对性原理，开创物理学的新纪元。 1906年4月晋升为专利局二级技术员。11月完成固体比热的论文，这是关于固体的量子论的第一篇论文。 1908年10月兼任伯尔尼大学编外讲师。 1909年10月离开伯尔尼专利局，任苏黎世大学理论物理学副教授。 1910年10月完成关于临界乳光的论文。 1912年提出“光化当量”定律。 1913年 12月7日在柏林接受院士称号。 1914年 4月6日，从苏黎世迁居柏林。 1915年 11月提出广义相对论引力方程的完整形式，并且成功地解释了水星近日点运动。 1916年 3月完成总结性论文《广义相对论的基础》。5月提出宇宙空间有限无界的假说。8月完成《关于辐射的量子理论》，总结量子论的发展，提出受激辐射理论。 1919年 爱因斯坦的理论被视为“人类思想史中最伟大的成就之一”。12月，接受德国唯一的名誉学位：罗斯托克大学的医学博士学位。 1921年 4月2日—5月30日，为了给耶路撒冷的希伯莱大学的创建筹集资金，同魏茨曼一起首次访问美国。 1922年 1月完成关于统一场论的第一篇论文。7月受到被谋杀的威胁，暂离柏林。10月8日，爱因斯坦和艾尔莎在马赛乘轮船赴日本。沿途访问科伦坡、新加坡、香港和上海。11月9日，在去日本途中，爱因斯坦被授予1921年“诺贝尔物理学奖”。11月17日－12月29日，访问日本。 1923年 7月，到哥德堡接受1921年度诺贝尔奖金。12月，第一次推测量子效应可能来自过度约束的广义相对论场方程。 1924年 发现了“波色－爱因斯坦凝聚”。 1926年 被选为苏联科学院院士。 1928年 是年1月，被选为“德国人权同盟”（前身为德国“新祖国同盟”）理事。 1929年 3月，50岁生日，躲到郊外以避免生日庆祝会。6月28日获“普朗克奖章”。 1930年是年12月11日～1931年3月4日，爱因斯坦第二次到美国访问，在加利福尼亚州理工学院讲学。 1932年 7月，同弗洛伊德通信，讨论战争的心理问题；号召德国人民起来保卫魏玛共和国，全力反对法西斯。 1933年 1月30日，纳粹上台。3月10日，在帕莎第纳发表不回德国的声明，次日启程回欧洲。3月20日，纳粹搜查他的房屋，他发表抗议。后他在德国的财产被没收，著作被焚。 1935年 5月，在百慕大正式申请永远在美国居住。是年，为使诺贝尔奖金（和平奖）赠予被关在纳粹集中营中的奥西茨基，而四处奔走。 1937年 3月声援中国“七君子”。 1938年 9月，给五千年后的子孙写信，对资本主义社会现状表示不满。 1939年 8月2日，上书罗斯福总统，建议美国抓紧原子能研究，防止德国抢先掌握原子弹。 1940年 5月22日致电罗斯福，反对美国的中立政策。10月1日取得美国国籍。 1943年 5月，作为科学顾问参与美国海军部工作。 1944年 为支持反法西斯战争，以600万美元拍卖1905年狭义相对论论文手稿。 1947年 继续发表大量关于世界政府的言论。 1949年 1月，写《对批评的回答》，对哥本哈根学派在文集《阿尔伯特·爱因斯坦：哲学家—科学家》中的批判进行反批判。 1950年 2月13日发表电视演讲，反对美国制造氢弹。3月18日，在遗嘱上签字盖章。 1951年 连续发表文章和信件，指出美国的扩军备战政策是世界和平的严重障碍。 1952年 11月以色列第1任总统魏斯曼死后，以色列政府请他担任第2任总统，被拒绝。 1954年 3月被美国参议员麦卡锡公开斥责为“美国的敌人”。 1955年 4月18日1时25分在医院逝世。

狭义相对论在哪发表的论文

发表狭义相对论的论文是《OntheElectrodynamicsofMovingBodies》,,,翻译过来叫《论动体的电动力学》，1905年5月发表当时他在瑞士伯尔尼专利局工作广义相对论的论文叫《广义相对论基础》，英文忘了叫什么了，，按照汉语翻译过去发现不对。。。。。。。1916年3月发表具体来说应该是在1915年11月提出的。。。。当时。爱因斯坦在德国柏林

狭义相对论提出于1905年，广义相对论提出于1915年（爱因斯坦在1915年末完成广义相对论的创建工作，在1916年初正式发表相关论文）。

【成长履历】 1879年3月14日上午11时30分，爱因斯坦（Einstein）出生在德国乌尔姆市班霍夫街135号。父母都是犹太人。父名赫尔曼·爱因斯坦，母亲波林·科克。 1884年，5岁，爱因斯坦对袖珍罗盘着迷。 1885年，爱因斯坦开始学小提琴。 1886年，爱因斯坦在慕尼黑公立学校（CouncilSchool）读书；在家里学习犹太教的教规。 1888年，爱因斯坦入路易波尔德高级中学学习。在学校继续受宗教教育，接受受戒仪式。弗里德曼是指导老师。 1889年，在医科大学生塔尔梅引导下，读通俗科学读物和哲学著作。 1891年，自学欧几里德几何学（Euclideangeometry），感到狂热的喜爱，同时开始自学高等数学。 1892年，开始读康德（ImmanuelKant）的著作。 1895年，自学完微积分（calculous）。 1896年，获阿劳中学毕业证书。10月，进苏黎世联邦工业大学师范系学习物理。 1899年10月19日，爱因斯坦正式申请瑞士公民权。 1900年8月爱因斯坦毕业于苏黎世联邦工业大学；12月完成论文《由毛细管现象得到的推论》，次年发表在莱比锡《物理学杂志》上。 1901年，3月21日取得瑞士国籍。在这一年5－7月完成电势差的热力学理论的论文。 1904年，9月由专利局的试用人员转为正式三级技术员。 1905年3月发展量子论，提出光量子假说，解决了光电效应问题。4月向苏黎世大学提出论文《分子大小的新测定法》，取得博士学位。5月完成论文《论动体的电动力学》，独立而完整地提出狭义相对性原理，开创物理学的新纪元。 1906年4月晋升为专利局二级技术员。11月完成固体比热的论文，这是关于固体的量子论的第一篇论文。 1908年10月兼任伯尔尼大学编外讲师。 1909年10月离开伯尔尼专利局，任苏黎世大学理论物理学副教授。 1910年10月完成关于临界乳光的论文。 1912年提出“光化当量”定律。 1913年 12月7日在柏林接受院士称号。 1914年 4月6日，从苏黎世迁居柏林。 1915年 11月提出广义相对论引力方程的完整形式，并且成功地解释了水星近日点运动。 1916年 3月完成总结性论文《广义相对论的基础》。5月提出宇宙空间有限无界的假说。8月完成《关于辐射的量子理论》，总结量子论的发展，提出受激辐射理论。 1919年 爱因斯坦的理论被视为“人类思想史中最伟大的成就之一”。12月，接受德国唯一的名誉学位：罗斯托克大学的医学博士学位。 1921年 4月2日—5月30日，为了给耶路撒冷的希伯莱大学的创建筹集资金，同魏茨曼一起首次访问美国。 1922年 1月完成关于统一场论的第一篇论文。7月受到被谋杀的威胁，暂离柏林。10月8日，爱因斯坦和艾尔莎在马赛乘轮船赴日本。沿途访问科伦坡、新加坡、香港和上海。11月9日，在去日本途中，爱因斯坦被授予1921年“诺贝尔物理学奖”。11月17日－12月29日，访问日本。 1923年 7月，到哥德堡接受1921年度诺贝尔奖金。12月，第一次推测量子效应可能来自过度约束的广义相对论场方程。 1924年 发现了“波色－爱因斯坦凝聚”。 1926年 被选为苏联科学院院士。 1928年 是年1月，被选为“德国人权同盟”（前身为德国“新祖国同盟”）理事。 1929年 3月，50岁生日，躲到郊外以避免生日庆祝会。6月28日获“普朗克奖章”。 1930年是年12月11日～1931年3月4日，爱因斯坦第二次到美国访问，在加利福尼亚州理工学院讲学。 1932年 7月，同弗洛伊德通信，讨论战争的心理问题；号召德国人民起来保卫魏玛共和国，全力反对法西斯。 1933年 1月30日，纳粹上台。3月10日，在帕莎第纳发表不回德国的声明，次日启程回欧洲。3月20日，纳粹搜查他的房屋，他发表抗议。后他在德国的财产被没收，著作被焚。 1935年 5月，在百慕大正式申请永远在美国居住。是年，为使诺贝尔奖金（和平奖）赠予被关在纳粹集中营中的奥西茨基，而四处奔走。 1937年 3月声援中国“七君子”。 1938年 9月，给五千年后的子孙写信，对资本主义社会现状表示不满。 1939年 8月2日，上书罗斯福总统，建议美国抓紧原子能研究，防止德国抢先掌握原子弹。 1940年 5月22日致电罗斯福，反对美国的中立政策。10月1日取得美国国籍。 1943年 5月，作为科学顾问参与美国海军部工作。 1944年 为支持反法西斯战争，以600万美元拍卖1905年狭义相对论论文手稿。 1947年 继续发表大量关于世界政府的言论。 1949年 1月，写《对批评的回答》，对哥本哈根学派在文集《阿尔伯特·爱因斯坦：哲学家—科学家》中的批判进行反批判。 1950年 2月13日发表电视演讲，反对美国制造氢弹。3月18日，在遗嘱上签字盖章。 1951年 连续发表文章和信件，指出美国的扩军备战政策是世界和平的严重障碍。 1952年 11月以色列第1任总统魏斯曼死后，以色列政府请他担任第2任总统，被拒绝。 1954年 3月被美国参议员麦卡锡公开斥责为“美国的敌人”。 1955年 4月18日1时25分在医院逝世。

狭义相对论是谁发表的论文

狭义相对论是A。爱因斯坦创立的理论,主要内容是依据两个公设与一个变换。一个变换是洛仑兹变换(不同惯性系之间的变换必须是loretz变换)。两个公设是:相对性原理(就是:物理定律在一切惯性系中都相同。)与光速不变原理(就是:光在真空中总有确定速度,与观察者或光源的运动无关)。从而有四个推论(运动的尺变短;运动的钟变慢;光子的静质量为零;物质不可能超过光速)和三个关系式(速度合成公式;质量速度公式;质能关系式)。

为大家整理的《科学家的故事：狭义相对论的创立》，供大家参考。 1905年，爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后，并没有立即引起很大的反响。但是德国物理学的权威人士普朗克注意到了他的文章，认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼相媲美，正是由于普朗克的推动，相对论很快成为人们研究和讨论的课题，爱因斯坦也受到了学术界的注意。 1907年，爱因斯坦听从友人的建议，提交了那篇的论文申请联邦工业大学的编外讲师职位，但得到的答复是论文无法理解。虽然在德国物理学界爱因斯坦已经很有名气，但在瑞士，他却得不到一个大学的教职，许多有名望的人开始为他鸣不平，1908年，爱因斯坦终于得到了编外讲师的职位，并在第二年当上了副教授。1912年，爱因斯坦当上了教授，1913年，应普朗克之邀担任新成立的威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授。 在此期间，爱因斯坦在考虑将已经建立的相对论推广，对于他来说，有两个问题使他不安。第一个是引力问题，狭义相对论对于力学、热力学和电动力学的物理规律是正确的，但是它不能解释引力问题。牛顿的引力理论是超距的，两个物体之间的引力作用在瞬间传递，即以无穷大的速度传递，这与相对论依据的场的观点和极限的光速冲突。第二个是非惯性系问题，狭义相对论与以前的物理学规律一样，都只适用于惯性系。但事实上却很难找到真正的惯性系。从逻辑上说，一切自然规律不应该局限于惯性系，必须考虑非惯性系。狭义相对论很难解释所谓的双生了佯谬，该佯谬说的是，有一对孪生兄弟，哥在宇宙飞船上以接近光速的速度做宇宙航行，根据相对论效应，高速运动的时钟变慢，等哥哥回来，弟弟已经变得很老了，因为地球上已经经历了几十年。而按照相对性原理，飞船相对于地球高速运动，地球相对于飞船也高速运动，弟弟看哥哥变年轻了，哥哥看弟弟也应该年轻了。这个问题简直没法回答。实际上，狭义相对论只处理匀速直线运动，而哥哥要回来必须经过一个变速运动过程，这是相对论无法处理的。正在人们忙于理解相对狭义相对论时，爱因斯坦正在接受完成广义相对论。 1907年，爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》，在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理，此后，爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展。他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据，提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系。爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法：在一封闭箱中的观察者，不管用什么方法也无法确定他究竟是静止于一个引力场中，还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中，这是解释等效原理最常用的说法，而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论。 广义相对论建立了完善的引力理论，而引力理论主要涉及的是天体。到现在，相对论宇宙学进一步发展，而引力波物理、致密天体物理和黑洞物理这些属于相对论天体物理学的分支学科都有一定的进展，吸引了许多科学家进行研究。

狭义相对论（SpecialTheoryofRelativity）是A.爱因斯坦在1905年发表的题为《论动体的电动力学》一文中提出的区别于牛顿时空观的新的平直时空理论。“狭义”表示它只适用于惯性参考系。这个理论的出发点是两条基本假设：狭义相对性原理和光速不变原理。理论的核心方程式是洛伦兹变换(群）（见惯性系坐标变换）。狭义相对论预言了牛顿经典物理学所没有的一些新效应（相对论效应），如时间膨胀、长度收缩、横向多普勒效应、质速关系、质能关系等。