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《万有引力定律》教学反思物理学科的教学，讲究的是科学性、严谨性、条理性。
因此，有些表面上看起来相近的事物，其本质却是大相径庭。
而在日常的教学中有些规律我们自认为给学生以讲的原理明确，条理清淅。
但在学生理解时却总是表现的似是而非，模棱两可，这时就要求老师给他们指出一条迷雾中的光明之路。
在第五章《万有引力》的教学过程中，我就遇到了这样的一个问题。
下面就是我对此的一点反思。
在第五章学习了万有引力定律后，教材研究了天体的运动，卫星的运动。
对于这些运动，都近似认为是匀速圆周运动，而由于地球本身也在自转，地球上的物体也随地球一起字转，也同样在做匀速圆周运动。
研究匀速圆周运动，着眼点一般是向心力由谁提供，由向心力产生的向心加速度如何随物体的位置的改变而改变的规律等方面。
在此，由于情况类型较多，有多有相似之处，所以学生分析起来往往感到困难，容易混淆，也容易出错。
有这么二中情况：一、在地球表面物体随地球自转做圆周运动向心力F 向由万有引力F 万来提供，但仅是的一部分，而且是较小的一部分，可得F 向《F 万。
而地球表面的物体由地球自转，所以自转的快慢一样都是24小时一圈，所以周期T 都一样。
根据 a 向= F 向/m 得a 向=4π2r/T 2可得，由于相同，则a 随r 的变化而变化。
而的变化有两种情况：1、 r 随纬度的变化而变化，而纬度越大r 越小结论：a 随纬度的变大而变小。
2、 r 随高度的变化而变化，且高度越高越大结论：a 随高度的变大而变大。
二、在空中绕地球运动的物体。
其向心力F向由万有引力F万来提供，而F万全部用来提供F向即 F向=F万可推出 ma向=GmM/r2a向=GM/r2=GM/(R+h)2其G中是一个常数，M是地球质量也是常数，r可写为(R+h)，R是地球半径，可得出结论a随高度的变化而变化，且是高度越大a越小。
由以上几种情况可看出，由于原理上的不同，a随高度的变化可大可小，在这种地方，学生就容易犯糊涂犯错误。
《万有引力理论的成就》观课有感莒南三中刘玉华老师执教《万有引力理论的成就》这节课是非常成功的一节课，在教学视频中.刘老师精心设计课堂教学，以扎实的课堂教学基本功，打造高效课堂教学，使收获颇多，受益匪浅。
刘老师以学生为主体地位的教学活动设计成一系列的有内在联系,循序渐进的有思考探究价值的问题。
采用以问题为主线,解决问题为核心,通过问题引导,层层递进展开课堂教学，以提高课堂教学效率,打造高效课堂。
刘老师贯彻了把课堂还给学生，培养学生探究知识和运用所学物理知识解决问题的能力。
在教学中以“教师为主导，学生为主体”，教师的“导”立足于学生的“学”，以学法为重心，放手让学生自主探索的学习，主动地参与到知识形成的整个思维过程，力求使学生在积极，愉快的课堂中提高自己的水平，从而达到预期的教学效果。
刘老师这节课在教学中设计了知识回顾、学习探究、随堂练习、知识拓展、巩固练习等环节。
同时这也是一节让学生在前人的指引下进行推导应用的创新课，既是知识的传授课，又是能力、情感的培养课，它不仅能够激励学生学习科学的兴趣,更能激发学生去进一步探索宇宙奥秘的欲望。
这节课体现了新课程的理念和要求。
在新课程理念下，构建情景，引出问题，用复习已有的知识或学生喜闻乐见的事物、事件引出问题进而让学生去发现问题，以此激发学生的学习兴趣，让学生化被动为主动，产生强烈的求知欲。
通过学生亲自参探究得到结论来更好贯彻教学目标。
从课程分析可知教学目标：1、了解万有引力定律在天文学上的重要应用；会用万有引力定律计算天体质量；理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。
2、通过推理过程，培养科学研究兴趣，培养学生分析新问题和归纳总结的能力和方法。
刘教师采用引导教学和活动探究的教学方法，通过启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果方法，让学生知道行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。
并能够利用万有引力定律和圆周运动的规律来计算太阳的质量，再由此迁移发散到各中心天体质量的计算。
第六章 《万有引力与航天》第三节《万有引力定律》教学反思物理规律的教学是物理教学中的重点内容。
通过物理规律的教学有利于开发学生智力、培养学生能力。
通过分析和探索物理规律的发现过程，有利于激发学生的学习动机，培养学生的探究能力及严肃认真的科学态度。
人教版必修二第六章第三节《万有引力定律》正是物理规律教学的典型范例。
下面我就执教《万有引力定律》这节课后，谈谈自己的教学反思与体会。
一、通过《万有引力定律》这节课的教学，创造性地实施了教学预案，顺利地完成了教学任务，有效地实现了三维教学目标，收到了良好的教育教学效果。
1.知识与技能方面：引导学生知道了万有引力定律的内容；理解了万有引力定律的表达式及适用条件；知道了万有引力的特点尤其是万有引力的相互性和宏观性；知道了万有引力常量的测定及物理意义。
通过例题教学，要求学生进行相关估算和比较，锻炼了学生的运算能力尤其是估算能力，让学生体会到万有引力常量数量级的重要性，加深了学生对万有引力定律的理解。
通过习题教学，引导学生在巩固基础知识的同时，培养了学生应用所学知识解决物理问题的能力，尤其是培养了学生的分析思维能力。
2.过程与方法方面：通过引导学生分析万有引力定律的发现过程，有利于学生明白和体会物理学中的许多重大理论发现，不是简单的实验总结，它还需要直觉、想象力、大胆的猜想和科学的假设；从而培养学生的物理思想和科学方法，让学生进一步体会“提出猜想—理论分析—实验检验”的科学研究方法在物理学研究中的重要作用和意义。
3.情感态度与价值观方面：通过分享我国航空航天事业的发展历程以及取得的巨大成就，有利于激发学生的爱国热情和民族自豪感，有利于激发学生学习物理的兴趣和航空航天的梦想。
通过再次学习牛顿对物理学、数学及天文学做出的重大贡献，让学生进一步体会物理学家对人类科学发展的重要性，给学生一种心灵的震撼和崇敬。
然后让学生带着这份震撼和崇敬进入万有引力定律的学习，从而留下更深的印象，拥有更深的感触，对学生产生更好的激励作用。
“万有引力定律”的教学思考与设计新课程、新教材，新在教育理念及教师的教学方式、学生的学习方式。
就课堂教学而言，具体体现在教学目标的设定、教学内容的挖掘、教学手段的选择和教学过程的设计。
下面以“万有引力定律”的教学设计为例，谈谈对新课程背景下的课堂教学的一点体会。
一、准确把握教材的编写意图和学生情况，确立教学目标和内容人教版《物理》教材在编写过程中充分体现了新课程教育理念，把提高学生的物理素养作为第一目标，并将这一目标分成两个层次：学习物理学的知识、方法和通过物理学认识世界。
在具体教学过程中恰当地确立教学目标，科学的设计教学内容需要注意以下两点：1．教学目标和教学内容不是千篇一律和一成不变的教学目标的设定受很多因素制约，如学生情况、老师情况、教学资源的占有量、外界环境限制等，所以，每节课的教学目标往往不同，即使同一节课，不同时间、不同地点、不同对象的教学目标也往往不同。
教师要根据具体情况确立适当的教学目标，灵活、合理地设计教学内容。
例如，在向心加速度的教学中，笔者根据学校分层教学的特点，对于学习基础较薄弱的班级，教学目标侧重于对向心加速度的理解，教学的重点也偏重于在理解的基础上对向心加速度公式进行应用与计算，而对于学习基础较为扎实的班级，则在达到基本的教学目标后，适当侧重于向心加速度公式推导方法的教学，不仅引导学生完成教科书上“做一做”关于向心加速度公式的推导，还引入“微小时间”的概念，引导学生在时，将圆周运动分解为沿切线方向的匀速直线运动，和沿半径方向的匀加速直线运动，进行加速度公式的推导，这样设计不仅渗透了极限思想，发展了学生的思维能力，还可以帮助学生进一步从动力学的角度理解物体做匀速圆周运动的条件，为学生学习探究生活中的圆周运动等实例问题提供了分析方法和知识工具，更重要的是让学生体会了惯性与力在维持和改变物体运动状态上的矛盾的对立与统一，帮助他们树立正确的科学观。
2．充分挖掘教材中蕴含的教育素材教材为教师搭建了活动平台，教师要通过这个平台教给学生什么呢？教知识、教方法，在教学活动中提高学生的能力、素养，影响学生的世界观、价值观、人生观，因此，教师必须从教材和其他教学资源中挖掘相关的教学因子。
万有引力定律及其应用教学反思(共1页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《万有引力定律及其应用》教学反思本章讲述了万有引力定律的发现及其在天体运动中的应用。
万有引力定律阐明了宇宙万物之间普遍存在的相互作用力的规律，为人们认识天体运动奠定了基础。
天体的运动规律是牛顿第二定律与匀速圆周运动在天体中的具体应用，同时，天体运动与前面学习的功和能、能的转化和守恒定律等知识紧密相联，是考查学生综合分析能力的重点内容之一。
万有引力定律是力学中一个独立的基本规律，它在天文学上应用是利用万有引力定律解决天体运动的实际问题，由于航空航天技术、卫星技术属于现代科技发展的重要应用，所以万有引力定律的发现过程和该定律的具体应用是本章的重点和难点。
万有引力定律的具体应用仅是在前面学习的匀速圆周运动的公式之前加上万有引力提供向民力，这是解决本章问题的基本思路。
因其所涉及的热点较多有1、星表面及某一高度处的策略加速度的计算；2、天体、质量、密度的计算；3、卫星变轨问题4、同步卫星；5、多星系统问题。
因此要明确本章题目基本解题思路：1、正确选择研究对象。
正确选取天空对象是解题的出发点。
2、正确应用规律。
规律的适用条件应正确气氛，首先看规律适用才能应用。
3、列方程求解。
据规律，设取字母列议程，代入数据求解。
4、验证讨论。
检查结果是否合理，并通过条件结果制约关系及本身特点做适当引申、拓展，以提高能力。
本章三个容易混淆的问题：1、万有引力与重力；2、承受地球自转的向心加速度和环绕运行的向心加速度；3、运行速度和发射速度。
同时也要明确本章的思维方法就是将天体运动建立理想化模型，从而简化天体运动的有关计算2。
对重力与引力关系的再思考最近仔细研读了很多篇探讨重力概念和重力与引力关系的文章，发现这一基本问题在我国物理教育界中争议很大，至今也没有一种统一的说法。
通过查阅资料，思考、分析并与他人讨论之后，笔者提出了自己的一点不成熟的看法，与大家交流讨论。
1 重力与引力关系的争议现行中学物理教材中对重力的定义是：“……由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力”[1]。
在表述万有引力定律时说：“自然界中任何两个物体都相互吸引……”[2]，这种相互吸引的力称为万有引力，它存在于自然界中任何两个物体之间，因此是“万有”的。
但由于引力常量的数值很小（SI：10-11数量级），只有当两个物体中至少有一个质量特别大时，才表现出可观测的吸引力来，例如地球对其附近物体的万有引力，姑且将其称为“地球引力”。
重力的本质来源是地球引力，在地球附近的物体都受重力。
而测量重力通常可以用静力学方法，即用弹簧测力计悬挂物体并相对于地面静止时，根据平衡条件，物体所受重力是弹簧测力计对物体拉力的平衡力。
有些书中就用类似的方法定义重力，如“重力是物体相对于水平面静止的物体所受支持力的平衡力”[3]。
不考虑地球的自转，重力指的就是地球附近物体所受的地球引力。
但实际上用静力学方法测量的重力，都考虑了地球自转的影响，称为“表观重力”，简称“重力”。
由此说明重力与地球引力的关系十分密切。
那么重力与地球引力到底是什么关系呢？目前物理学界至少有以下三种不同的观点：（1）重力就是地球引力。
如复旦大学郑永令等编著的《力学》中直接说：“重力就是地球与物体的万有引力”[4]；（2）重力是地球引力与离心惯性力的合力。
如北师大漆安慎等编著的《普通物理学教程·力学》中所论证：“质点重力为地球引力与离心惯性力的合力”[5]；（3）重力是地球引力的一个分力。
如人教版大纲教材的教师教学用书中明确指出：“重力是引力的一个分力”[6]。
笔者认为，以上三种观点都是正确的，并不相互矛盾，而且本质上是一致的、统一的。
教学反思
这周主要讲了“万有引力定律”、“万有引力理论的成就”和“宇宙航空”。
万有引力在高中属于难点，教学的过程中，学生的反应也验证了万有引力是个难点。
对于“万有引力定律”这一节，通过理论推导结合开普勒三定律得出相应的关系，这点学生不太理解，既然里的作用是相互的，为什么两者关系式相差很大呢？原因在于我们得出的是比例关系系，至于比例系数需要我们进一步的探讨。
所以需要给学生讲清楚比例符号转换为等号的过程。
然后想验证天上的力和人间的力一样，然后进行月地检验，给出已知数据，让学生自我验证，提高学生的计算能力。
最后给出比例系数G，通过卡文迪许的故事讲解让学生深刻记忆。
宝贵的是，学生给我踢了一个意见，轨道半径的表示，我习惯用R进行书写，而实际上，R往往表示星球的半径，r表示轨道半径。
虽然在表示上不能说对错，但是我觉得自己确实没有注意到这个细节问题，是我以后的教学中需要关注的问题。
对于怎么利用万有引力求星球的质量和密度，只有两个思路进行：万有引力等于重力、万有引力等于向心力。
学生容易混淆不知道怎么用，一般在天上首选万有引力等于向心力。
在课上两个思路的题目各练习了一道题目，课下布置6个题目进行练习，学生完成情况良好。
所以课上应该精选题目，才能到到良好的教学效果。
万有引力定律是自然界中最基本的定律之一，它描述了物体之间的相互作用力，是我们理解宇宙运动规律的重要工具。
学习万有引力定律的思路，不仅可以帮助我们更好地理解自然界的规律，还可以帮助我们更好地探索宇宙的奥秘。
我们需要了解万有引力定律的基本概念和公式。
万有引力定律由牛顿在17世纪提出，它表述了两个物体之间的引力大小与它们的质量和距离的平方成正比。
这个定律的公式为F=G(m1m2/r^2)，其中F表示引力大小，m1和m2分别表示两个物体的质量，r表示它们之间的距离，G为万有引力常数。
我们需要了解万有引力定律的应用。
万有引力定律不仅可以用来描述地球和其他天体之间的引力作用，还可以用来解释行星运动、彗星轨道、星系的形成等现象。
通过学习万有引力定律的应用，我们可以更好地理解宇宙的运动规律，也可以更好地探索宇宙的未知领域。
接下来，我们需要通过实验来验证万有引力定律。
实验可以帮助我们更好地理解定律的本质和应用，也可以帮助我们更好地掌握实验技巧。
例如，我们可以通过测量两个物体之间的引力大小和距离，来验证万有引力定律的公式是否成立。
我们还可以通过模拟行星运动的实验，来更好地理解宇宙的运动规律。
我们需要将万有引力定律与其他学科进行联结。
万有引力定律不仅涉及到物理学，还涉及到天文学、数学等学科。
通过将万有引力定律与其他学科进行联结，我们可以更好地理解宇宙的运动规律，也可以更好地探索宇宙的奥秘。
学习万有引力定律的思路，需要我们了解基本概念和公式，掌握应用和实验技巧，将其与其他学科进行联结。
只有通过不断地学习和实践，我们才能更好地理解自然界的规律，也才能更好地探索宇宙的奥秘。
《万有引力定律》教学反思《万有引力定律》这节公开课我的自我感觉是虽有精彩之处，但也不乏遗憾。
然而回味这份遗憾，也觉得不只有遗憾，更多的是内心的收获。
课后我主要从以下几个方面进行了深刻的反思：一．备课在课前我也一直努力做着各方面的准备，参考了多份成熟的教案以及PPT教材，还下载了网上的一些前辈的课去认真的听，因此，在教案上吸取一些新的思想，对于一些有疑惑的方面，在课余时间抽空请教了同年级富有经验的老师，最后觉得差不多了定下初稿，由于这堂课演示内容比较多，需要用到PPT，于是又在电脑上下载了多份PPT，把可以引用的内容引用进来，根据自己的教案做了一份配套的PPT。
在备课过程中，我没有忘记学生是活的，在课堂上生成的东西总有你意想不到的，于是在我的教案中也有一些预设内容。
我认为我的备课只做到了教学最基本的内容全面，而在突出重点，突破难点问题上简直是做的太普通了，以后在这方面一定要多下功夫去钻研，怎样将重难点问题讲的更深刻，我想这才是一份教案中最灵魂的东西。
二．上课有人说“课堂是动态的艺术，是极具现场性的，是一个即时性的舞台”。
在这个舞台上有人说教师是平等中的首席者，起着引导作用，而学生是主体，他们才是这个舞台的真正舞者。
我在课堂上做了不少演示实验，主要通过PPT的形式进行演示，学生们听的饶有兴趣，课堂基本上是按照我教案上的思路上下来的，总体感觉还算顺利，时间把握也恰到好处。
然而本节课最大的遗憾之一却是来自课堂设计本身，正如老师们的评语所说，留给学生思考的东西太少，而我讲的却太多，整个过程的活动设计还需要思考，但仍因教学内容太多，进度太紧而忽视了学生个性化的发展。
这可能是最大的遗憾吧。
我想有些活动下次可以先安排学生课前分组完成。
三．思考从行星运动规律到万有引力定律的建立过程，是本章的重要内容，是极好的科学探究素材。
教材将“行星与太阳间的引力”与“万有引力定律”合编为一节，包括问题的提出、演绎、假设与推理，结论的得出，检验论证等，是一个会较完整的探究过程。
收稿日期:2005—09—07作者简介:刘莉华(1957—),女,山东胶州人,中学一级教师。
对万有引力定律及引力理论的几点思考刘莉华1,苑 闻2,孙任德1(1.山东胶州第六中学, 山东 胶州 266300;2.山东教育学院数理系, 山东 济南 250013) 摘要:本文讨论了万有引力定律对库仑定律建立的影响,并论述了万有引力的特殊性;探讨了现代引力理论的发展方向。
关键词:万有引力定律;牛顿经典宇宙观;库仑定律;现代引力理论中图分类号:O314 文献标识码:A 文章编号:1008—2816(2006)01—0133—02 牛顿万有引力定律的发现距今已有三百多年,纵观物理学的发展,万有引力定律不仅极大地推动了天文学的发展,奠定了天体力学的基础;也为经典物理,特别是牛顿力学树立了成功的范例;开启了现代引力理论的先河。
一、万有引力定律对静电学的启示———库仑定律18世纪中叶,牛顿力学已经取得辉煌胜利,人们受到万有引力定律的启发,对电力和磁力作了种种猜测。
比如,德国柏林科学院院士爱皮努斯(F .U .T .Aepin us ,1724—1802)假设电荷之间的斥力和吸力随带电物体的距离的减少而增大,对静电感应现象作出了更完善的解释。
1760年,D .伯努利也作了电力可能遵从平方反比的关系的富兰克林的空罐实验;苏格兰的罗比逊(John Robison )和卡文迪许(Henry Cavendish )曾经作过定量的实验研究,都没有得到明确的结论。
英国的化学家普利斯特利(Joseph Priestley ,1733—1804)明确提出了电的引力和万有引力一样,即力的大小与距离的平方成反比。
根据这种猜测18年后,库仑发明了扭秤,并用扭秤精确地测量电力和磁力,提出了库仑定律。
如果不是万有引力定律的发现,单靠实验具体数据的积累,还不知道到何年才能得到严格的库仑定律的表达式呢!其实,整个静电学都是借鉴和利用了引力理论的已有成果发展起来的。
二、万有引力定律的局限与现代引力理论的发展万有引力定律虽然为以后的天体力学提供了理论基础,但是当牛顿根据他的万有引力定律提出了他的宇宙模型时却遇到了不可克服的困难。
这就是众所周知的奥伯斯佯谬和引力佯谬。
问题出在牛顿的时空观和引力定律的超距作用。
关于时间,牛顿写道:“对的真正的数学的时间在流逝着而且由其本性而在均匀地与任何外界事物无关地流逝着”。
关于空间牛顿写道:“绝对的空间就其本性而言是与外界无关静止和永远相同的[1]。
在物理发展过程中,超距观点在以后二百多年间一直是物理界的主导观点,直到19世纪由法拉第提出并由麦克斯威在电磁理论中确立了近距观点之后,超距观点才逐步被人们所否定。
20世纪初爱因斯坦创立了狭义相对论,但是他认识到“在狭义相对论的框子里,是不可能有令人满意的引力理论的。
”于是1915年他提出了广义相对论。
广义相对论是人类的智慧奇葩,它有独立而完整的体系。
爱因斯坦依据人们熟视无睹的事实即牛顿第二定律中的惯性质量与万有引力定律中的引力质量相等提出了等效原理:惯性力场与重力场的动力学效应是局部不可分辨的。
这样在逻辑上就顺理成章地取消了惯性系的特殊地位,爱因斯坦把相对性原理推广到非惯性系,得到了广义相对论性原理:一切参考系都是平权的,客观的真实物理定律应该在任意坐标变换下形式不变———广义协变性。
为了用数学表达式描述这个原理,爱因斯坦在格罗斯曼的帮助下用黎曼几何和普遍的张量运算得到了广义相对论的场方程,并把原有的引力定律纳入了新理论中,使万有引力定律成为在弱引力情况下场方程解的一种数学近似。
这一新理论不仅成功地解释了在牛顿引力理论看来是反常的水星轨道近日点的进动而且预言了新现象听凭物理实践来检查。
广义相对论与牛顿的引力理论相比至少有以下不同:(1)广义相对论取消了惯性系的特殊地位,所有标系都是平权的。
引力是物质和能量的一种动力学效应;狭义相对论只不过是没有引力的一种特殊情况。
广义相对论是真正的时空几何统一的理论,牛顿的引力理论不过是广义相对论在弱引力情况下的一种数学近似。
2006年第1期 山东教育学院学报 总第113期(2)广义相对论建立了场方程。
这是继麦克斯威的电磁场以后场概念的又一推广。
场不仅是作用的中介,也是物质存在的基本形式。
这对20世纪物理学产生了十分深远的影响。
(3)广义相对论揭示了真实的空间不是平直的欧几里得空间,而是一个弯曲的非欧空间。
爱因斯坦说:我要指出空间—时间未必能被看作可以离开物理实体可以独立存在的东西,物体不是在空间中而是客体有空间的广延性,因此空虚的空间就失去了它的意义。
”[2]空间的曲率取决于物质的分布,引力不过是空间弯曲的动力学效应。
(4)广义相对论揭示了四维时空同物质的统一关系。
时空只是现象之间的关系,Hans Reichenhach指出:“一个物理理论选择什么样的时空结构与其自然定律的形式有关。
”[2]Wartofsky认为“时空点由发生在该点上的事件来决定”。
绝大多数物理学家彻底放弃了牛顿的绝对时空观更接近马赫的描述主义立场。
总之广义相对论是关于宏观的时间、空间和物质运动基础理论体系,它比牛顿力学、狭义相对论更深刻和普遍。
然而广义相对论在20世纪的物理发展中经历了耐人寻味的过程。
广义相对论成功地解释了水星的运动,并且在1918年发生的日全食的观测中看到了理论所预言的光线在掠过太阳表面发生的弯曲。
这一切确立了广义相对论在物理学中的地位。
但是由于新理论与万有引力定律的差异在地球引力场中并不明显,加之广义相对论所涉及的数学工具十分繁杂,广义相对论在20世纪30～40年代很少有人问津。
这与同时期量子力学和核物理的蓬勃发展形成了鲜明的对比。
直到60～70年代现代宇宙学和黑洞理论的发展才使这一局面有了改观。
20世纪60年代天文学的四个重大发现使一大批物理学家开始重新关注广义相对论。
20年代形成的白矮星理论使人们开始认识到在自然界存在着比地球上的物质的密度高好几个数量级的物质,这些物质构成了天体就是白矮星。
在这种天体上物质密度可以达到10的八次方以上。
在这样的引力场中牛顿的理论与广义相对论理论有显著差异,比如电磁波引力红移十分明显。
但是在白矮星内部量子效应产生的简并压力还可以抵抗引力,当白矮星的质量超过Chanrasehar上限再没有任何力可以对抗引力而一直塌缩下去时即成为一个黑洞。
J·H·Kerr在60年代得到爱因斯坦场方程一个解叫做克尔度规,它可以描述一个匀速转动球体的重力场,人们把这种黑洞叫克尔黑洞。
人们也开始注意到1916年史瓦西给出爱因斯坦场解的物理意义。
现代黑洞物理为广义相对论派上了大用场。
1967年又发现了中子星,加之J·H·Tal y对致密双星PS.R1915+16观察:发现这个中子双星的公转周期在变短,这给引力波提供了第一个令人信服的理论证据,证明了引力辐射的存在!这是广义相对论的光辉胜利(J·泰勒因此获得了1993年度的诺贝尔物理奖)。
这一切使20世纪后半叶广义相对论理论空前繁荣。
S·W·Hawking和R·Penrose在广义相对论风头正健时证明了奇点定理。
他们证明在广义相对论框架内不可能通过度规的选择和坐标的变换消除奇性[1]同时自然界厌恶裸奇点(这后一结论被叫作宇宙监督定则)。
使人们看到了广义相对论并不是一个在任何情况下都成立的普遍适用的理论,它有一定适用范围。
引力理论在20世纪后半叶提出一些新问题,比如引力常数G的问题。
早在1938年P·狄拉克就假定G不是常数而是随着时间减少,1974年T·Van·Flan根据19年的月球观测资料分析表明G是在慢慢减小。
[2]目前这是一个值得关注的问题。
引力理论还有一个不被人们注意但却无法回避的问题。
那就是万有引力定律至今在一米以内并没得到实验证明!实际上,万有引力与其他三种作用力有着重大的差异。
虽然它是自然界强度最弱的力,它和电磁力一样也是长程力;但是引力却不像电磁力那样有屏蔽效应。
引力是真正最终统治宇宙的力。
正如黑洞无毛定理所表明的那样在黑洞强大的引力场作用下落入黑洞的物质将仅保留其质量、电荷和角动量三个物征,其余的物理特征将消失殆尽。
另一方面广义相对论还对时间赋于了形态,奇点和黑洞使人们看到时间有起始也有终结。
关于时间有无起点最先是由现代宇宙学提出的,1964年三K背景辐射的发现使沉寂了三十多年的宇宙学进入了快车道,大爆炸宇宙理论成了标准宇宙学。
宇宙的起始涉及到时间的开端。
S.W.Hawking就认为在普郎克尺度下引力的性质并不知道,必须考虑量子效应[3]。
物理学家惠勒评论到:“在我们面临的原则性的深奥的课题之中再没有时间这一概念所带来的困惑更为严重的了…在非常小的尺度中量子理论否定了`之前'和`之后'这两个概念的全部含义”。
目前现代引力理论情况很类似20世纪前20年的量子论的情况,各种新理论之间缺乏协调并各自有自己的困难。
比如量子引力理论,试图将引力场像量子电动力学那样将电磁场量子化,也把引力场量子化。
但是在重整化方面,只是在无源场取得进展,而有其他物质存在的情况下都是不可重整化的。
杨振宁先生提出的规范引力理论可以解释广义相对论的三大验证,但在有源场下得不到牛顿近似方程。
在目前,惠勒霍金等人正在企图构建包含量子理论和广义相对论新理论体系———超对称超引力理论,试图将引力和基本粒子理论联系起来,但这仅仅是开始。
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