相对论的天体物理学概论

摘要

上个世纪,超越爱因斯坦计划提出研究驱动宇宙形成的物质,黑洞附近的现象以及暗物质等高能天体环境的物理学问题。从这个空间科学的计划中可以看出,天体物理学中前沿的理论问题都与相对论紧密结合。本文结合自然科学史、天体物理学和相对论对相对论的天体物理学发展历程进行综述。针对牛顿力学所不能回答的天体物理学问题,爱因斯坦认为万有引力定律之本质在于时空的弯曲,并提出了等效原理和狭义相对论原理。史瓦西空间方程也证实了爱因斯坦对于空间和物质的推论,并预言了黑洞的存在。广义相对论建立起了较为完善的引力理论,关于引力理论主要涉及的是天体之间的相互作用的力学关系。迄今为止,在相对论的推进下,高能天体物理学以及宇宙学进一步发展,致密天体物理、黑洞物理学和引力波物理学这些相对论的天体物理学的分支学科也取得一定的发展,吸引了诸多从事基础物理研究的科学家进行深入的探索。