专题讲座—广义相对论

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1、广义相对论简介专题讲座狭义相对论认为：在所有惯性坐标系中，物理学定律都具有相同的表达式（或者说物理规律在惯性系中成立）。而物理规律在非惯性系中，是不成立的。广义相对论的等效原理一、狭义相对论的局限惯性系和非惯性系是不平等的。狭义相对性原理的局限牛顿的绝对时空观时间、空间、运动是独立的飞跃狭义相对论时空观时间、空间、运动有机的结合在一起局限时间、空间和物质是脱离的狭义相对论中不包括引力现象为解决上述问题，爱因斯坦用了8年时间，在1915年建立了广义相对论。二、广义相对论的两个基本原理1、等效原理惯性质量与引力

2、质量在地面上一个不大的空间内：事实证明一切物体的加速度g都相同，那么对于一切物体，就是一个常数，在选取各量的适当单位后，就可得到它当时就使我认识到它的全部重要性。我为它的存在感到极为惊奇，并想其中必定有一把可以更加深入了解惯性和引力的钥匙复习：惯性力的概念思考：设想在一个密闭的小室中做自由落体实验，测出落体的加速度为g，请问小室可能会处于什么状态?？1、小室静止在地面，地球引力使落体的加速度为g2、小室在自由空间相对惯性系向上以g做匀加速运动，以小室为参考系，物体受到向下的惯性力mig,惯性力使得其产生向下

3、的加速度g。小室里的人无法确定是哪种情况，无法区分作用在落体上的是引力还是惯性力，实际上做任何力学实验都无法区分引力和惯性力。例如：地球表面自由下落的小室，室内物体惯性力和引力完全抵消。引力与惯性力在力学实验上的等效性严格地讲，只是在时空某一点的微小邻域上（局域）惯性力与引力等效。实质上是的另一种表述，称之为弱等效原理爱因斯坦进一步大胆假设:惯性力与引力的任何物理效应在局域内等效，这就是强等效原理引力与惯性力有本质的区别1、引力场由物质产生，充满了整个宇宙；2、惯性力是由于选择非惯性系引起的，换成惯性系就没

4、有惯性力。广义相对论中的的局域惯性系惯性系：狭义相对论成立的参考系或引力为零的参考系为惯性系局域惯性系：在引力场中自由降落的物体构成的局域参考系中，引力完全被惯性力抵消，由等效原理，惯性力与引力等价，因此按照广义相对论的观点此局域内总引力为零，即为惯性系，称局域惯性系。广义相对论与牛顿经典力学的区别1、牛顿力学观点：恒星外面的自由落体构成的参考系－广义相对论的局惯系－绝对不是惯性系。广义相对论观点：恒星参考系－牛顿力学的好惯性系－绝对不是惯性系，因为有引力存在2、广义相对论的惯性定律：在局惯系内不受力（包括

5、惯性力）的物体将保持静止或匀速直线运动的状态。与牛顿惯性定律的不同在于广义相对论中的力包括惯性力。等效原理：引力场中任意时空点，总能建立一个局域惯性系，在此参考系内，狭义相对论所确定的物理规律都成立。2、广义相对性原理物理规律在一切参考系中都具有相同的形式。几点说明：1、物理规律在局惯系和该点的任意其他参考系中表述都相同。这些参考系包括加速度也包括引力场。这样通过坐标变换就可以把无引力的狭义相对论的物理规律转换到引力场中去，引力场的影响体现在坐标变换关系上。2、等效原理和广义相对性原理是广义相对论的两个基本

6、原理，从这两个原理出发，就可以一并解决引力和加速系问题，构建起广义相对论理论。3、不再有严格的、绝对的刚性参考系。YXoX1X2X’oY’aSS’S系认为自己是刚性参考系，但认为s’系在运动方向上每小段长度随时间不断减小，所以不是刚性参考系。因此在广义相对论中，只有内禀刚性参考系，不存在各参考系都承认的刚性参考系。三、光线偏折与时空弯曲1、光线偏折－等效原理的推论设想一引力场中自由下落的小室，它是局惯系，因此狭义相对论成立，光沿直线传播。以引力场为参考系观察光线应向下偏折。地球g实际观测结果：恒星发出的光在

7、太阳引力场的偏折：1915年5月29日发生日全食时，两组英国科学家首次测量光线偏折角，在西非几内亚湾测量结果是在巴西北部测量结果为与爱因斯坦的计算结果完全相符。2、空间弯曲实验验证：当太阳行将跨过金星和地球之间时，雷达波在往返的路上要经过太阳附近。实验表明雷达波往返所用的时间比雷达波不经过太阳附近时的确要长一些，与计算结果完全吻合。这一现象叫雷达回波延迟。？光速应不受引力的影响？怎样解决这个矛盾答案是：从地球到金星的距离，当经过太阳附近时，由于引力的作用变长了，因此光经过的时间要长了。ADCBAB比CD要长

8、。空间不再是平展的，而是被引力弯曲或扭曲了。－－欧氏几何失效了比喻：绷紧的塑料薄膜上放一重物，引起膜面下陷或弯曲，使放在膜上的其它小球滚向重物，造成重物“吸引”小球的印象。任何质量都使它周围的空间区域产生向着它的“弯曲”。··爱因斯坦提出：引力不同于其它种类的力，它只不过是时空不平坦的这一事实的后果。物体并非由于称为引力的力而沿弯曲的轨道运动，而是沿着弯曲空间中最接近直线的称之为测地线的轨迹运动。怎样才能知道空