引力理论发展的新契机

牛顿的划时代巨著《论自然哲学的数学原理》中曾记载了牛顿对万有引力的一段评述：迄今为止，我只是用引力解释月球绕地球的运动及潮汐现象，引力的本质是什么尚未可知，引力是客观存在的，这就足够了。在牛顿谢世之后的三个多世纪中，人类从没有停止对引力理论及引力本质的探索。２０世纪２０年代，爱因斯坦基于物质的引力质量与惯性质量的等效性，建立了文广义相对论，使人类对引力理论的发展迈入了一个新高度。但是，广义相对论对引力的描述仍然是“惟象”的，即引力是由于空间的弯曲造成的。但空间的弯曲为什么会形成引力及引力传播的载…     

否认暗物质的物理学家

正莫德采·米尔格若姆先生是一个修正牛顿引力理论的人。他的理论修正了牛顿物理学。在牛顿物理学中,暗物质和暗能量是被假设存在的,并且根据标准物理定律来计算引力的话,暗物质和暗能量占据了宇宙总能量的95.1%。当我拜访他在魏茨曼研究所的办公室时,这位70岁的物理学家在以色列炎热的夏天里穿着短裤,兴奋激动的时候也会不知不     

科学史上的最大谜团——万有引力

万有引力是人类最早认识的一种相互作用。1687年，牛顿在其出版的《自然哲学的数学原理》一书中就提出了这一概念。牛顿利用万有引力定律不仅说明了行星运动规律，而且还指出木星、土星的卫星围绕行星也有同样的运动规律。他认为月球除了受到地球的引力外，还受到太阳的引力，从而解释了月球运动中早已发现的二均差、出差等。     

骚乱中的世界第一重：相对论

尽管牛顿引力平方反比定律帮助天文学家成功地预测到海王星的存在，但直到19世纪末，牛顿定律仍然无法给出圆满的答案，而且在水星轨道上也发现了扰动。直到1915年，爱因斯坦发表了他的广义相对论，才有了对这些不规则现象的解释。爱因斯坦因他的理论物理学著作获得1921年的诺贝尔奖，对科学做出许多持久的贡献。在2008年的一次民意调查中，他被命名为继牛顿之后的第二大科学巨匠。     

寻找引力幽灵（上）

从动力学角度来解释天体运动的思想萌发于17世纪。引力理论最重要的发展就是把天上的引力与地面的重力联系起来,从而把引力推到无处不存在的“万有”的地步。首先觉察到引力和重力本质相同的人是英国物理学家胡克,他指出引力随与吸引中心距离的不同而变化。1680年初,胡克在给牛顿的信中提出了引力反比于距离平方的猜想。1679年,英国天文学家哈雷和伦恩根据开普勒第三定律,利用圆形轨道和匀速圆周运动的向心力公式,导出了作用于行星的引力与它们到太阳的距离的平方成反比,但是,他们还不能证明行星在椭圆轨道中也是如此。直到1687年,牛顿发表…     

引力和电磁力的对话

引力是人类最早认识的一种相互作用。1687年出版的牛顿的划时代巨著《论自然哲学的数学原理》一书中描述了引力作用的基本形式,但是引力的本源是什么,却一直没有找到答案。1915年,爱因斯坦基于物质的惯性质量与引力质量的等效性建立了广义相对论,广义相对论用时空的弯曲来解释引力的本质,但是,这仍然是一种表面的描述,没有触及引力     

探索时间与空间

正牛顿和爱因斯坦的"引力"观点在100年前,科学家们一直相信200年前牛顿提出的宇宙模型。牛顿的宇宙模型认为:引力是一种可以在宇宙中穿行的力,这种力将宇宙中的天体拉到了一起;同时还指出,空间和时间都是稳定的,时间总是以同样的速度改变,时间不随外物变化,并可用严格的尺寸和时钟精确测量。1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,改变了人们对时间的认识。     

谁是星体自转的幕后推手

星体自转在宇宙中是一种较普遍的现象。但这种动力来自何处，却是一个未解之谜。 康德关于太阳系形成的假说认为星体的自转动力来源于“第一次启动”，即所谓星体最初形成时的压缩斥力。但他无法解释斥力为什么一定要引起星体自转，也不能解释这些星体为什么会数亿年转个不停。尽管他指出牛顿对斥力没有像对引力说得那么清楚，但他自己对斥力的解释同样是模糊不清的。     

神秘的引力

引力是什么?早在20世纪30年代,科学界就已经知道宇宙中有四种基本力,即引力、电磁力、强力和弱力(后两种力在原子核内起作用)。其中,第一个被科学地探索的力是引力,可是迄今它仍然是一个谜!"苹果成熟后落向地面"这一人们常见的事物,在400年前的牛顿眼中却     

时间在膨胀?

上帝高深莫测，却不怀恶意。———Ａ·爱因斯坦爱因斯坦的迷误１９１６年，广义相对论诞生了，爱因斯坦立刻着手用这一有力的理论从总体上对宇宙进行描述。他首先考虑怎样保持宇宙的稳定性，这个问题曾使伟大的牛顿焦虑不安，原因是，如果宇宙中每一物质都通过引力吸引另...     

太阳系中的“行星际超高速公路”

<正>借助行星的引力,探测器可以在不使用燃料的情况下游历于太阳系。在过去的十年中,意在改进航天器轨道的科学家在太阳系中发现了一种"底层"的结构。但它并不是英国物理学家牛顿所描述的行星和卫星精确地绕太阳运动。     

零重态:飞行的超越

早先，科学家把自然力分成四种，即引力、电磁力、强核力和弱核力。但当代科学家却煞费苦心地想要找到一个统一理论，把这四种力解释为是统一力的不同方面，不过到目前为止还没有取得成功。引力至今还蒙着一层神秘的面纱，让人无法识其庐山真面目。量子力学认为引力是由引力子（据称是一种虚粒子，检测不到，但人们可以知道它的存在）携带的，太阳和地球之间的引力是这两个天体的粒子之间交换引力子的结果，于是地球就绕太阳公转起来。经典物理学家则认为引力是一种实际存在，是一种叫引力波的东西构成的，但直到现在它还没有被观测到过。无…     

爱因斯坦的望远镜

天文望远镜可分为折射和反射望远镜，1609年，伽利略从荷兰听到望远镜的新技术，自行制造出折射望远镜。1668年，牛顿用凹面镜聚焦，设计出反射望远镜，解决透镜的色差问题。还有一种望远镜不用透镜和反射镜，也能搜寻宇宙天体，这个望远镜和爱因斯坦有关。爱因斯坦没有发明或制造望远镜，但根据广义相对论，我们利用时空的扭曲，可以达到望远镜的功能，观测几十亿光年远的天体。说穿了，爱因斯坦的望远镜是利用万有引力，观察非常遥远的星体，甚至可以“看到”没有电磁波的暗物质，堪称为引力望远镜。     

引力量子化的荆棘路

1916年，爱因斯坦基于物质的惯性质量与引力质量的等效性建立了广义相对论。广义相对论用时空的弯曲来解释引力的作用，但引力的真正传播载体是什么仍然是未知的。之后．爱因斯坦对引力场方程做了近似的线性化处理，得出一个重要的结论：引力如同电磁波一样．是靠引力波来传     

银河中心奇特状态因由

银河系像一个旋涡，星体、星系在其旋转臂上围绕中心旋转。这样的奇特中心是怎样形成的呢？康德《星云假说》论述过星云———旋转———星体形成，旋转引力增大，旋引小星体———恒星形成，恒星旋转引力增大———星系形成……从康德《星云假说》可以推论，银河系中心原应是一个质量很大、高速旋转、温度很高的星体，是比太阳系的太阳质量大很多倍的高温球体。为什么现在观测到的银河系中心是呈旋涡状的呢？依据牛顿万有引力，任何一个物体围绕一个中心或大质量的物体的旋转都有两个作用力：向心力和离心力。银河系中心体由大质量、高速旋…     

向我们走来的黑洞

人们一般觉得黑洞是一件神秘的新事物,其实,由400年前牛顿力学和万有引力理论,就可引伸出黑洞来。万有引力理论指出,物体都有引力,两个物体之间引力的大小与它们的质量成正比,与它们之间的距离平方成反比。天体表面上的物体,要想挣脱天体的引力束缚逃离这个天体,必须达到一定的运动速度。这个速度被称为逃逸速度。不同质量的天体有不同的逃逸速度,天体的质量越大,所需要的逃逸速度越大。如月球为5千米/秒,地球为11.2千米/秒,木星为     

UKF方法在脉冲星自主导航中的应用

针对X射线脉冲星自主导航中的非线性系统滤波问题，将无迹卡尔曼滤波方法应用于自主导航计算过程中。首先，在简述脉冲星导航可行性的基础上，研究了脉冲星自主导航系统的基本原理和实施方案。然后，根据牛顿二体引力模型构建了航天器运动状态方程，根据脉冲到达时间模型建立了系统观测方程，并对二者进行了误差分析和建模。最后，将UKF算法应用于航天器自主导航过程中，仿真结果表明该方法能够实现航天器自主导航信息的解算。     

寻找“时空原子”

爱因斯坦的广义相对论说，宇宙源自奇点大爆炸。但这理论并不具备完善的时空量子结构，因此，我们无从得知物质紧密汇聚的极限与引力强度的范围。物理学家需要一套新的量子引力理论，才能明了究竟发生了什么事情。     

航天器上为什么有失重环境？

太空中不存在没有引力的区域，但在两个天体之间却存在引办相互抵消的引力平衡点，如果航天的运动轨迹始终处于引力平衡点上，航天器就会平步青云失重环境。不过，航天器上的失重环境不必只在这种特殊条件下才有，凡是做轨道运动的航天器，都会具有失重环境。     

宇宙周围是何处

约400年前，大物理学家牛顿对宇宙是否有边百思不得其解。他说：“若我站在宇宙边上，伸出我的右手，然后，再站到右手伸出的地方，如此一直下去，岂非宇宙无边？但若它无边，那么宇宙中的热量势必消散得无影无踪，哪还有现在这个世界呢？”