[小资料] 爱因斯坦广义相对论并不是当今存在的唯一引力理论

   中国科学院武向平院士在2015年 Mind Concert Academic Salon 上说：

   经过三十多年的努力，天文学家终于给出了所谓宇宙微波背景辐射角功率谱的精准测量，得出的结论使得我们多少有点惊奇：宇宙的宏观几何形式是平坦的( Ω_k = 0 )，三角形内角之和正好等于180°。

   宇宙几何如此的简单，简单得让我们雀跃——因为我们似乎再也不用学习复杂深奥的黎曼几何了！但是，我们也为之不解：引力主导下的宇宙时空竟然不是弯曲的，这怎么可能？是谁抵消了引力的作用让空间变得如此平坦？

http://www.wuli.ac.cn/CN/abstract/abstract64788.shtml

下面是《中国大百科全书》第三版网络版里的一些相关介绍

https://www.zgbk.com/

（1）相对论的天体测量检验/astrometric test of relativity/黄天衣

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=107747&Type=bkzyb&SubID=150497

   1916年爱因斯坦提出广义相对论的时候，理论的实验基础并不坚实。相对论解释了水星近日点每世纪43角秒的“异常”进动，但太阳的扁率也可能导致进动，而当时不能确定太阳扁率的数值。

   广义相对论并不是当今存在的唯一引力理论。一方面是因为实验和观测还不能对理论做出最后的选择，也来自物理理论本身发展的需求。暗物质和暗能量的理论解释，量子引力理论的发展，都使得物理学家认为广义相对论不是最后的引力理论。高精度天体测量是检验引力理论的主要手段。

（2）水星近日点进动问题/problem of the advance of Mercury’s perihelion/童傅

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=72442&Type=bkzyb&SubID=87321

   但是，这里仍存在两个问题：首先，根据牛顿定律，水星近日点应有每世纪 Δω_N = 5557.62 角秒的进动，其中的 90％ 是由坐标系的岁差引起，其余的部分是由其他行星，特别是金星、地球和木星的摄动引起的；而实际观测值为 Δω_N = 5600.73 角秒，二者相减得每世纪 43.11 角秒。因此，岁差常数的任何微小变动，如有万分之一的变动，都会直接影响到对广义相对论的验证，而这种变化是完全可能的。其次，影响水星近日点进动的因素很多，任何一个微小的因素，如太阳的扁率，对它都有直接影响。因此，这个问题尚需继续研究。

（3）其他相对论性引力理论/other relativistic gravitational theories/

刘玉孝

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=59564&Type=bkzyb&SubID=62061

   爱因斯坦广义相对论已经通过了许多观测和实验检验，是一个非常成功的引力理论。但引力的不可重正化、时空奇点、暗物质（星系的旋转曲线与预期不一致）和暗能量（当前宇宙的加速膨胀）等问题仍然是爱因斯坦广义相对论所面临的挑战。

   除了广义相对论之外，还有许多其他引力理论。为了检验不同的引力理论，人们建立了参数化后牛顿方法（简称为PPN方法），即在后牛顿近似中引入10个参数。不同的引力理论给出不同的参数值，由观测或实验测定这些参数，则可判定哪种理论与观测结果相符

（4）修改的引力理论/modified gravitationed theory；alternative gravitationed theory/蔡一夫

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=179829&Type=bkzyb&SubID=87497

   超出爱因斯坦广义相对论的描述引力现象的一类物理模型。又称另类引力理论（alternative gravitationed theory）。

   目前推动研究修改的引力理论的动机主要来自现象学的发展，特别是一系列天文及宇宙学实验所揭示的违反过去认知的引力现象。其中，代表性的理论有以基于刻画时空曲率的里奇标量所提出的F(R)理论和引入时空挠率而构建的F(T)理论等。

   修改的引力理论亦可在不引入暗能量的情况下来解释当前的宇宙加速膨胀。

一个对照条目：

（5）库仑定律/Coulomb's law/陈熙谋

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31176&Type=bkzyb&SubID=61925

   设电力大小与距离的关系可写成 f ∝ r^-2±δ，δ称为偏离平方反比律的修正数。库仑当初的扭秤实验是直接测量，精度只有 δ < 4×10^-2。电力平方反比定律的精确验证有赖于对带电导体空腔内表面电荷的测量。根据库仑定律导出的高斯定理可得出，当导体空腔内部没有电荷时空腔内表面电荷为零，反过来测量了空腔内表面电荷的多少，可推论修正数δ的上限。H.卡文迪什在1772年（库仑之前）就曾用这种间接测量的方法得出 δ < 2×10^-2 。1872年 J.C.麦克斯韦用稍许不同的实验方法把精度提高到 δ < 5×10^-5 ，以后实验精度不断提高。1971年E.R.威廉姆斯等实验精度达 δ < 2.7×10^-16。电力平方反比定律已成为物理学中最精确的实验定律之一。

   人们关心电力平方反比定律的精度是由于如果 δ ≠ 0，则高斯定理不成立，静电场的性质就会有所不同。其次，电磁场理论的麦克斯韦方程组是在一些电磁学实验定律的基础上建立起来的，这些实验定律的精度和适用范围都难以言明，而在一定条件下，由库仑定律和洛伦兹变换可导出麦克斯韦方程组，这不仅表明电磁现象的内在联系和统一性，而且也在一定程度上确定了麦克斯韦方程组的精度和适用范围。再次，δ是否严格为零还与光子的静止质量是否严格为零密切相关，如果光子静止质量不为零，哪怕非常小，将导致电荷不守恒，出现真空色散，破坏光速不变等一系列原则性问题。因此，电力平方反比律的精确验证实验还将长盛不衰地做下去。

等你求解！上海交大携手《科学》杂志向全球发布125个科学问题

https://www.sciencemag.org/collections/125-questions-exploration-and-discovery

https://news.sjtu.edu.cn/mtjj/20210412/145693.html

   15. Is Einstein's general theory of relativity correct?

   15. 爱因斯坦的广义相对论是正确的吗？

参考资料：

[1] 武向平. 天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑[J]. 物理, 2015, 44(06): 411-417.

DOI: 10.7693/wl20150610

http://www.wuli.ac.cn/CN/abstract/abstract64788.shtml

[2] 中国科学院，首页 >  中文 >  院士信息 >  数学物理学部，武向平

http://casad.cas.cn/sourcedb_ad_cas/zw2/ysxx/sxwlxb/201112/t20111213_3412294.html

[3] 武向平，中国科学院院士

https://ysg.ckcest.cn/html/details/1000204/index.html

相关链接：

[1] 2022-06-14，[小结] 近期关于引力、电磁力统一的思考

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342966.html

[2] 2022-06-13，[讨论] 引力、电磁力“独立性”的判定实验

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342826.html

[3] 2014-06-19，[谁愿给我推荐发表] 引力磁、暗能量、G的变化

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-804709.html

[4] 2021-05-15，《科学》杂志的两个 125个科学问题（2005，2021）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1286678.html

[5] 2008-11-11，[转载] 南开新闻网，2008-11-11，科学素质教育课程骨干教师高级研修班在南开举行

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1256400.html

[6] 2008-11-12，记忆：南开大学2008年《科学素质教育课程骨干教师高级研修班》

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1187783.html

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