广义相对论简介详解

1、15.4 广义相对论简介,复 习,一、狭义相对论的两点假设： 1、狭义相对性原理 在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的 2、光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。,二、由狭义相对论推出的几个结论 1、“同时”的相对性 2、动尺变短 3、动钟变慢 4、速度变换公式,5、相对论质量 6、质能方程,阅读思考题,1、狭义相对论遇到哪两个无法解决的问题？ 2、广义相对论的两个基本原理是什么？ 与狭义相对论的两个假设有什么不同？ 3、根据广义相对论的两个基本原理可以导出那些重要结论？,一、超越狭义相对论的思考,爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的

2、两个问题： 1、引力问题 万有引力定律无法纳入狭义相对论的理论框架； 2、非惯性系问题， 狭义相对论只适用于惯性系，为什么惯性系具有这样的地位？狭义相对论无法解释,二、广义相对性原理和等效原理,1、广义相对性原理： 在任何参考系中，物理规律都是相同的。,伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系都是相同的,爱因斯坦狭义相对性原理(1905年) 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都有是相同的；,爱因斯坦广义相对论原理（1916年） 在任何参考系中(包括非惯系）所有的物理规律都是相同的，称为广义相对性原理。,逻辑形式逐渐简约,2、等效原理： 一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。,如果飞船做

3、匀加速运动，在光向右传播的同时，飞船的速度也在不断增大，因此飞船上观察者记录下的光的径迹是一条抛物线。,三、广义相对论的几个结论,1、物质的引力使光线发生弯曲,如果飞船做匀速直线运动，船上观察者记录下的光的径迹是一条直线（虚线）,飞船外观察者看到这束光是直线传播的（水平向右）,通常物体的引力场都太弱，20世纪只能观测到太阳引力场引起的光线弯曲,太阳,由于太阳引力场的作用，我们有可能观测到太阳后面的恒星，最好的观测时间是发生日全食的时候,1919年5月29日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾和巴西进行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对广义相对论的最早证实,透镜效应,星球的强引力场能使背后传来的

4、光线汇聚，这种现象叫做引力透镜效应,星体,星体,无法观测,黑洞,宇宙中很可能存在黑洞，它不辐射电磁波，因此无法直接观测，但是它的巨大质量和极小的体积使其附近产生极强的引力场，引力透镜是探索黑洞的途径之一,2、引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别,对于高速转动的圆盘，除了转动轴的位置外，各点都在做加速运动，越是靠近边缘，加速度越大，方向指向盘心,地面上看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对论，靠近边缘部位的时间进程较慢,圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，靠近边缘的位置引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢,各类星体对比,宇宙中有一类恒星，体积很小，质量却很大，叫做矮星，引力势比地球低的多，矮星表面的时间进程比较慢，哪里的发光的频率比同种的原子在地球上发光频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红移,3、引力红移,由于物质的存在，实际空间并不是均匀的，空间发生了“弯曲”：,点击观看,狭义、广义相对论比较,狭义相对论,广义相对论,不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的,任何参考系（包括非惯性系）中物理规律都是相同的,真空中的光速在不同惯性参考系中都是相等的,一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价,更进一步,等效原理,光速恒定,爱因斯坦相对性原理,广义相对性原理,对