101年前今日愛因斯坦發表廣義相對論論文


愛因斯坦在1915年12月2日發表的用幾何語言描述的重力理論,它代表了現代物理學中重力理論研究的最高水平。廣義相對論將古典的牛頓萬有引力定律包含在狹義相對論的框架中,並在此基礎上應用等效原理而建立。在廣義相對論中,重力被描述為時空的一種幾何屬性(曲率);而這種時空曲率與處於時空中的物質與輻射的能量-動量張量直接相聯繫,其聯繫方式即是愛因斯坦的重力場方程式(一個二階非線性偏微分方程式組)。

從廣義相對論得到的有關預言和古典物理中的對應預言非常不相同,尤其是有關時間流易、空間幾何、自由落體的運動以及光的傳播等問題,例如重力場內的時間膨脹、光的重力紅移和重力時間延遲效應。廣義相對論的預言至今為止已經通過了所有觀測和實驗的驗證——雖說廣義相對論並非當今描述重力的唯一理論,它卻是能夠與實驗數據相符合的最簡潔的理論。不過,仍然有一些問題至今未能解決,典型的即是如何將廣義相對論和量子物理的定律統一起來,從而建立一個完備並且自洽的量子重力理論。

愛因斯坦的廣義相對論理論在天體物理學中有著非常重要的應用:它直接推導出某些大質量恆星會終結為一個黑洞——時空中的某些區域發生極度的扭曲以至於連光都無法逸出。有證據表明恆星質量黑洞以及超大質量黑洞是某些天體例如活動星系核和微類星體發射高強度輻射的直接成因。光線在重力場中的偏折會形成重力透鏡現象,這使得人們能夠觀察到處於遙遠位置的同一個天體的多個成像。廣義相對論還預言了重力波的存在,重力波已經被間接觀測所證實,而直接觀測則是當今世界像雷射干涉重力波天文台的重力波觀測計劃的目標。此外,廣義相對論還是現代宇宙學的膨脹宇宙模型的理論基礎。

【文:節錄自維基百科】

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