2021年6月16日，中科院理论物理研究所蔡荣根院士来所进行学术交流，并作题为“从牛顿的苹果到爱因斯坦的黑洞——广义相对论介绍”的报告。报告会由朱日祥院士主持，蔡荣根院士深入浅出的介绍广义相对论的发展及其对引力波和黑洞的预言。我所师生结合地球科学的研究同蔡荣根院士进行了热烈的交流互动。 

　　1687年，牛顿的万有引力首次刻画了宇宙运行的规律，人类首次接触到引力的概念。但是，对于引力的本质是什么，物理学家们并不能给出回答。在228年后的1915年，爱因斯坦提出的广义相对论给出了答案，即引力是时空弯曲造成的。一百多年来各种实验观测以及最近引力波的直接观测，黑洞照片的拍摄都验证了广义相对论。虽然广义相对论是非常成功的理论，但是广义相对论同量子力学的结合仍然存在着问题。这也就说明，广义相对论不是描述宇宙本质的最根本的定律，引力的本质仍是一个迷惑，仍是现代物理的基本问题之一。 

　　报告中，蔡荣根院士介绍了广义相对论的四个经典实验检验:（1）水星轨道近日点的进动；（2）光线在太阳附近的偏折；（3）光线的引力红移；（4）雷达回波延迟。同时，还介绍了广义相对论的两大预言：引力波和黑洞。爱因斯坦通过广义相对论预言了黑洞的存在，但是由于黑洞的密度非常高，半径非常小（如果地球塌缩成黑洞大约只有1 cm），因此，爱因斯坦认为宇宙中不存在这样的星体。2015年9月15日，科学家观测首次观测到两个黑洞碰撞产生的引力波，说明了黑洞的存在。而一直到2019年4月10日，人类才首次看到了黑洞，使得大众接受了黑洞的存在。黑洞到底是什么呢？经典的黑洞理论认为，黑洞即是“时空中连光都逃逸不出的区域”，它其实是特殊的热力学体系，由质量、转动惯量、电荷唯一确定。大于三倍太阳质量的星体最终都会塌缩成黑洞。引力场变化导致时空曲率的变化，向外传播便形成了引力波，相当于时空震动的涟漪。黑洞并合会产生引力波。

　　人类对引力的本质的认识仍然不清楚，与引力相关的重要科学问题还有待研究。美国国家研究委员会由19名权威物理学家和天文学家联合执笔的2002年的报告中列出了新世纪要解答的11个科学问题，这11个与引力相关的问题一直到目前为止无一被解决。人类对于引力本质的认识还有很长的路要走。 

蔡荣根院士作报告

会议现场

　　【报告人简介】 

　　中国科学院理论物理研究所研究员，所长，党委书记，十三届全国政协委员。2017年被增选为中国科学院院士，2019年当选国际广义相对论和引力学会会士，2020年被选为发展中国家科学院院士。现兼任中国物理学会常务理事，学术交流委员会主任，引力和相对论天体物理分会主任，国际广义相对论和引力学会理事，亚太物理学会天体物理，引力和宇宙学分会副理事长，金砖国家引力，天体物理和宇宙学学会理事长。研究领域引力理论和宇宙学，在引力理论、弦理论、黑洞物理、早期宇宙、暗能量、以及引力波物理等发表学术论文280余篇，论文被引用17000余次，曾获国家自然科学奖二等奖，汤森路透全球高被引科学家奖。 

　　【延伸阅读】 

　　蔡荣根,曹利明.黑洞的本质[J].科学通报,2016,61(19):2083-2092.

　　（供稿：史志东/岩石圈室  编辑：科技处、综合办）