最简单的引力理论方法

1. 根据广义相对论，理解引力的简单方法是什么呢

首先，广义相对论实际上并没有描述重力。广义相对论描述空间密度梯度。牛顿的万有引力理论描述并准确预测万有引力。

万有引力是原子中的四种力之一。所以不知何故，一个原子导致了时空的改变。变化量取决于到原子的距离的平方。离原子最近的变化最大。时空的这种变化以某种方式作用于其他原子。离原子越近，任何东西之间的距离就越短，与此同时，时间的变化速度就会变慢。所以很明显，引力的产生是因为原子更喜欢在一个较短的距离/较慢的时间位置。

时空的概念很奇怪，但空间和时间一起改变，以保持光速恒定(宇宙中的基本常数之一)。时间的速率的变化和事物之间的距离都证明了广义相对论是正确的。只有光子的波长会因时空的变化而被拉长或缩短。

2. 量子引力理论的理论简介

（1）克尔解和对引力场和电磁场的分类使得经典广义相对论生机勃勃，而钱德拉塞卡在他后半辈子做的重要贡献，是在克尔时空中解出了Dirac方程。钱德拉塞卡相当于在天空中引进了超对称。之后钱德拉的影响就渐渐委靡，因为真正能够集大成的彭罗斯在莎麻的影响下由一个数学家成为一个广义相对论学家。1985年彭罗斯和林德勒出版了《旋量和时空》，基本上奠定了经典相对论的格局。wald则在弯曲时空干起了公理化的量子场论。他开始做半经典半量子的东西。wald的数学不错，他做弯曲时空量子场论，就是用C星代数，泛函分析。wald的弯曲时空量子场论，明确地告诉人们：量子代数很重要。量子代数是绝对的，而粒子，当然是相对于观察者的。 从温茹效应可以看出：真空和粒子是一个依赖于观察者的概念，这是很新奇的。通俗的说，你看到的电脑和桌子，在别的观察者看来，也许是一片真空。
量子论和相对论的结合出来了新的物理。最着名的当然是霍金的黑洞热辐射。
人们全在等待量子论和相对论的全面结合。人们希望追求终极真理。也许用数理逻辑来说明，终极的量子引力真理并不存在。但这不会让那些做量子引力的人伤心欲绝。弦论的领导者威腾认为，也许在别的星球上，是先发现量子引力，然后再发现量子力学和相对论。这当然是很有可能。但弦论有一个缺点，就是依赖于时空背景。
在这个星球之上，最优美的量子引力理论会从什么地方出来。谁也不知道。很多人曾经年轻，或者正在年轻，有的将要年轻，很多年轻人无法做出判断，从理智上来讲，我相信很多参数全在跑动，凝聚态很重要；从情感上来讲，相对论很优美，把它直接量子化是一件痛快的事情。这种心情完全是普通生活的写照，多数人很普通，没有天才，没有天才的人可以相信相信量子引力以一种非理性的天才方式出现，比如当年薛定谔方程的出现。
在量子引力上，有二条道路，它们的出发点是广义相对论。它们就是loop和twistor。loop量子引力的05年会匆匆地在德国Glom结束。lom在柏林附近，在potsdam市。蒋中正委员长在1943年曾经去过potsdam开会，和邱吉尔和斯大林商量在盟国二战胜利以后如何处理日本。max-planck研究院在那里有一个引力研究所，叫做爱因斯坦研究所。德国是人才辈出的国家，数学物理上高斯，黎曼，爱因斯坦和希尔伯特，普朗克，海森堡……很多人出现在那块并不是很大的土地之上。potsdam是一个不大的城市，显得很寂寞。交通很方便，在那里好象是没有城市和乡村的区别，爱因斯坦研究所在一片荒草地上，应该算是农村了。loop还很年轻，缺少数学家的帮助。从1986年ashtekar以联络为新变量开始，到Now大约20年，20年艾虚卡已经老了，2005年loop年会的时候，会上多数报告者报告的时候必称是爱因斯坦研究所的梯曼（thiemann）的业绩，显然他已经是最有才情的新人，还不到四十岁，他已经写了一本loop量子引力的书了，《正则量子引力导引》。另外一本书是罗维林写的，《量子引力》。这几个人，他们影响了loop的历史轨道。thiemann第一次到中国来,我还是一个研究生。他给我们讲《量子引力》。
德国的马克思普郎克研究院，俗称马普所，地位相对于中国科学院，是国立的，全国各地有它的研究所，里面有一个爱因斯坦研究所，是专门研究引力的。有一天，Thiemann来中国了，是受到我的导师的邀请来的，4月的北京已经热起来了，Thiemann穿着一件带红色的外套来了，他来给我们上几节课，从量子引力的运动学开始讲起。那是一个周一的清早，他看上去那么年轻，好象是27岁的样子，让人非常惊异，看上去如此年轻的一个人，居然已经是这个星球上研究loop量子引力的三大领军人物之一了。他开始讲课了，how to quantize a theory with nstraints？他在黑板上用英文写下。
经典广义相对论的时空3+1分解好了，在hamilton形式里，真空爱因斯坦方程表现为3个约束函数，如何把这3个约束量子化，然后研究量子化以后算子的解空间，这就是loop量子引力。 等量子化好了，函数变成了算子，算子要实现在什么样的希尔伯特空间上呢？也就是说，怎么样把这个算子表示成希尔伯特空间上的算子，Thiemann考虑的是用GNS构造。他来讲学的第一天上午就这样过去了……
（2）loop量子引力最简单的理解是3个相交的圆，每一个圆里分别写着3个字母，C，G，h，这三个字母分别表示的是光速（狭义相对论），引力（广义相对论），planck常数（量子力学）。也就是说，loop量子引力是想把引力量子化了。loop量子引力只考虑如何把引力量子化，所以似乎有很多问题 比如：
为什么时空是四维的？ 如何统一其他的三种力？ashtekar有时候称loop量子引力为量子几何，因为引力只是几何而已。ahstekar， 他在宾州大学。他身材矮小，但声音很洪亮，听起来很有振聋发聩的效果，做loop的人也许在内心应该全很感激他，因为他让人们有了一碗饭吃。虽然据说Now搞loop的正儿八紧能找到工作的也算是一大奇迹。但做loop的人相信未来的眼睛。ahstekar的量子引力方法和penrose的扭量方法有共同的平台，那就是广义相对论。把广义相对论做为基本的出发点这在做物理的人看来不是严肃的事情。很多人觉得广义相对论是一个低能有效场论，但做loop的人默认一个习惯，就是最基本的东西，是几何的，也就是说，广义相对论是最基本的。ashtekar这个黑黑的印度人，的确是很有实力的。他和波兰华沙大学的lewandowski一起写了不少loop的文章。
loop也计算黑洞熵
量子代数那种量子化的方法，怎么样用到loop量子引力里来。在loop量子引力里，最基本的可观察量就是联络沿线的和乐和标架场在一个面积上的通量了。它们组成了和乐-通量代数。在量子力学里，人们知道冯纽曼定理，这个定理说明，正则对易关系的表示是唯一的，那就是只有一种量子力学。loop的进展说明，和乐-通量代数的表示也是唯一的，只有一种loop量子引力。 （3）这生活就是一场战争,有的时候就是这样的,你需要不断地杀死别人才能保全自自己.在loop面前,敌人就是string,潜在的盟友是twistor.他们全出身于广义相对论,有了共同的阶级感情,但全失去了广阔的市场.高尔基曾经说:真理是朴素的。loop是朴素的。
Max-planck研究院,爱因斯坦研究所的头头是nicolai,他有一个很大的肚子,德国人喜好啤酒,所以多数人有大的肚子,但thiemann是一个例外,他也能拿着啤酒瓶子喝酒,但人却是异常清秀.Nicolai曾经听thiemann讲过loop,他马上就跟上了,写了一个loop入门，Now他又写了一个《旁观者看loop》，文章号是hep-th/0501114。loop起源于对爱因斯坦方程的直接量子化。loop理论到Now20年的发展,造就了几个中心,一个是加拿大的圆周研究所（PI）,PI的核心人物是lee smolin,smolin写了一个科普书,《通往量子引力的三条路途》。以及他的前妻,做物理能象做菜一样的马可波罗-芙荑妮.他们已经分手了,但分手之后,他们的爱情故事被圈内人关注,芙荑妮有了新的男朋友,smolin好象也有了新的妻子.所以当2个人坐在一起,在饭桌上聊天,谈笑风生,其实内心有万千头绪.smolin已经50出头,前妻30出头,这一对旧人,随着时间流淌。另外的组一个是法国的Rovelli组,一 个是美国的ashtekar组,还有就是波兰的lewandowski组,还有就是德国的thiemann组,风头最健.
loop坚持认为,在高能情景之下,引力还是用爱因斯坦方程描述,原因是因为他们认定,引力不是一种力,而仅仅是几何效应.这种几何,甚至说微分几何,可以被推到planck时期,量子化为量子微分几何.当然,引力为什么不是一种力,原因有很多,引力的非局域性很明显,这也是很特殊的。比如你无法定义引力的局部能量。
penrose认为,熵和引力是一对矛盾.一个封闭的箱子,熵使得气体分子扩散,做均匀分布,但引力全使得气体分子抱团.所以在黑洞里,情景是黑洞熵不是跟体积成正比.hawking证明了黑洞热辐射,得到了熵和黑洞面积成正比.loop号称也能得到同样的结果.hawking 的手法是半经典半量子的,好象bohr的原子论，而loop的手法是纯量子的,好象是schrodinger的量子力学. penrose不是一个普普通通的男人,他认为世界的本质是广义相对论,甚至连波函数坍塌也有引力引起.因此,如果penrose 可以相信,twistor和loop全是值得发展的. 引力是孤冷的,在物理学里,面对物理学其他领域的飞速发展和技术实现,引力显得有点绝望了.但事实说明,从牛顿到爱因斯坦,非常杰出的人全对引力入迷。
很多年前学狭义相对论,我觉得很吃惊的是:一切事情已经发生(存在),只是不同的观察者看到不到的场景.仅仅是事情的因果关系还是一致的,对每一个观察者全一样.
从广义相对论看来,这个理论里存在世界线,世界线全是给定的,所以似乎人类没有自由意识. 但世界线之间的相互碰撞不能避免。这可能就是自由意志起作用的地方？相对论很优美,这可以从penrose的<旋量和时空>看出来.经典广义相对论已经被penrose终结.但还剩下一些比如准局部能量的问题.这些问题的背后会给物理学一个新的刺激。到了Now,我们居然不知道什么是重力势能? 当然相对论也有无能的地方,最简单的3体运动,在牛顿引力就无比复杂,不知道在广义相对论中如何表达这个问题。在电影《终结者2》中,有一个场景,那就是女主角在桌子上用匕首刻下2个字:no fate.她的意思是说,命运并不存在,人力可以有所作为.这说明,事情纵然凄惨,也许美丽。这也正是loop量子引力之梦。

3. 什么是“万有引力”

万有引力，全称为“万有引力定律”，是物体间相互作用的一条定律，1687年为牛顿所发现。

万有引力是把引力视为由质量引起的一种基本力，而爱因斯坦相对论则把引力视为质量引起的时空弯曲的表现。

具体内容为：任何物体之间都有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比例，而与它们之间的距离的平方成反比。

万有引力定律：属于自然科学领域定律，自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。

(3)最简单的引力理论方法扩展阅读

万有引力是任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力，自然界中最普遍的力，简称引力。在粒子物理学中则称引力和强力、弱力、电磁力合称4种基本相互作用。

引力是其中最弱的一种，两个质子间的万有引力只有它们间的电磁力的1/10 ，质子受地球的引力也只有它在一个不强的电场1000伏/米的电磁力的1/10。

因此研究粒子间的作用或粒子在电子显微镜和加速器中运动时，都不考虑万有引力的作用 。一般物体之间的引力也是很小的。

例如两个直径为1米的铁球 ，紧靠在一起时，引力也只有1.14×10-3牛顿，相当于0.03克的一小滴水的重量 。但地球的质量很大，这两个铁球分别受到4×10²牛顿的地球引力。

所以研究物体在地球引力场中的运动时，通常都不考虑周围其他物体的引力。天体如太阳和地球的质量都很大，乘积就更大，巨大的引力就能使庞然大物绕太阳转动。

引力就成了支配天体运动的唯一的一种力。恒星的形成，在高温状态下不弥散反而逐渐收缩，最后坍缩为白矮星、中子星和黑洞， 也都是由于引力的作用，因此引力也是促使天体演化的重要因素。

4. 引力理论的介绍

研究物质间的一种相互作用──引力作用的理论。在今天人们所知道的物质的四种基本相互作用中，引力作用为最弱。四种相互作用按作用强度比例顺序是：强相互作用(1),电磁相互作用(10),弱相互作用(10),引力相互作用(10)。因此，在研究基本粒子的运动时，引力一般略去不计。但在天文学领域内，由于涉及的对象的质量极其巨大，引力就成为不仅支配着天体的运动，而且往往是天体的结构和演化的决定因素。

5. 什么是引力

引力是指物体之间的一种吸引作用，物体的质量越大，它对其他物体施加的引力作用就越强，牛顿的万有引力定律能够很好地描述这种现象。根据牛顿的引力理论，物体之间的引力与它们的质量乘积成正比，与它们质心距离的平方成反比。
最早的引力理论并非是来自于牛顿，而是亚里士多德。其实在2000多年前的古希腊，古希腊的先哲们就开始探讨这个问题了。最终，亚里士多德提出，万物是由水、火、土、气、以太构成的。其中，月球之上的宇宙是由以太构成的，月球一下的则是有水、火、土、气构成，水和土比较重，因此有往地面运动的倾向，火和气比较轻，因此都是往上飘的。
亚里士多德这套理论和地心说巧妙结合在了一起，在整个西方文化圈统治了上千年。直到牛顿的出现，这个局面才被打破。牛顿在研究这个现象时，其实已经知道了许多基本知识，比如向心力和圆周运动的而关系，甚至还有了微积分的基本思想。基于这些，牛顿提出了万有引力定律，他认为物体之间有彼此吸引的力，这个“力”被称为万有引力。万有引力与物体的质量成正比，与物体间距离的平方成反比。
牛顿认为，时间和空间是刚性的，对于任何人来说都是相同的，一秒就是一秒，一米就是一米，和物体的运动状态无关。因此，他还认为万有引力是一种超距作用，说白了就是瞬间完成传递的一种作用力。
但如果你要问牛顿，那万有引力是如何产生的？客观地说，牛顿也说不出一个令人满意的答案。
广义相对论
虽然牛顿没有给出一个令人满意的答案。但是到了上世纪，爱因斯坦先是在1905年提出了狭义相对论，在狭义相对论中，他统一了时间和空间，他认为这两者是密不可分的，应该合起来看，并称为时空。而我们所生活的就是四维时空，是一维的时间和三维的空间。

6. 引力理论的详细内容

万有引力定律，（lawofgravitation）物体间相互作用的一条定律，1687年为牛顿所发现。任何物体之间都有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比例，而与它们之间的距离的平方成反比。如果用m1、m2表示两个物体的质量，r表示它们间的距离，则物体间相互吸引力为f=（gm1m2）/r2，g称为万有引力常数。万有引力定律是牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中首先提出的。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****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。另外，他还解释了慧星的运动轨道和地球上的潮汐现象。根据万有引力定律成功地预言并发现了海王星。万有引力定律出现后，才正式把研究天体的运动建立在力学理论的基础上，从而创立了天体力学。简单的说，质量越大的东西产生的引力越大，地球的质量产生的引力足够把地球上的东西全部抓牢。

7. 爱因斯坦的万有引力理论和牛顿的万有引力理论有什么不同呢

牛顿的引力理论来自于一个真实、简单和雄辩的力方程，它完全解释了引力。

爱因斯坦的广义相对论与引力没有任何关系，但广义相对论描述了一种在空间结构中引起微小扭曲的效应。爱因斯坦无法说出扭曲空间效应的原因，所以他扭曲了一个非常复杂和令人困惑的数学系统的推理，并试图窃取牛顿关于万有引力的美妙工作的荣耀。

在牛顿的万有引力理论中，万有引力被认为是一种作用于有质量物体之间和物体内部的力。惯性质量和引力质量是不同的。重力瞬间作用于物体之间。惯性质量抵抗移动或改变它的方向。它不会产生引力场。惯性质量向物体中心的引力是极端的，但不是无限的。引力从具有质量的物体的中心开始。" G '和' G '是在这个理论中发展出来的，用于他的万有引力定律。空间和时间是绝对的。地球上的时间不会膨胀。空间不弯曲，也不受质量的影响。光不受重力的影响，但受强磁场的影响。

8. 引力是如何产生的

万有引力

在几个世纪以前，牛顿首先发现了万有引力，他认为引力是普遍存在的，在天上所有的天体之间都存在，并且也正是引力维系了天体的运行，牛顿甚至给出了万有引力的计算公式，然而他却没有给出引力是如何产生这个根本性的问题的答案。

弯曲时空下的水星近日点进动

引力的本质——时空弯曲

美国物理学家惠勒曾以一句话描述这个伟大的引力理论：时空告诉物质如何运动;物质告诉时空如何弯曲。

这句话指出，在广义相对论里，所谓的引力就是时空的弯曲形变产生的效果，弯曲的时空改变了物质的运动状态，正如引力改变物质运动状态一般；而另一方面，时空的弯曲是由物质（能量动量）的分布造成的。

未解的谜题

虽然广义相对论成功解释了引力的本源，然而它对一个根本性的问题却没有任何解释，就是物质是如何导致时空弯曲的？这问题也许要留到新的统一理论来加以解释，也许永远都得不到解释……有一个类人择原理的解释就是：因为它就是这样。