广义相对论简介.ppt

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1、狭义相对论的缺陷：承认惯性系的特殊地位。不能建立令人满意的引力理论。爱因斯坦的思考1、非惯性系与惯性系平权?2、时空与物质有关?突破(对惯性和引力的思考)广义相对论牛顿的引力论超越了广义相对论简介generaltheoryofrelativity一、非惯性系与惯性力在非惯性系中,经典力学定律不再成立.在地面观测者(惯性系S)看来,m受力在转盘上的观测者(相对转盘静止,非惯性系S’)看来,m受力但并没有产生加速度.在非惯性系中定义虚拟力：惯性力为了在非惯性系中也能利用经典力学定律建立方程则非惯性系中

2、的牛顿定律形式为：注意：1、上式表面上是非惯性系的，实质上是惯性系的变形而已当物体相对非惯性系保持静止时，因此在非惯性系中定义虚拟力：惯性力则非惯性系中的牛顿定律形式为：注意：上式表面上是非惯性系的，实质上是惯性系的变形而已2、惯性力是一个虚拟的力，没有施力的物体，也没有反作用力;它不是物体间作用力,而只是非惯性系加速度的反映.3、引入惯性力，在非惯性系中可用惯性力来解释现象。ABmAa0mBa0F弹a0A物体因受惯性力而向后作加速运动，而B物体因弹性力与惯性力平衡而静止。二、等效原理惯性质量与引力质

3、量在大约10-8的相对精度内，两者相等。引力场和加速度的效应等价。等效原理：一个均匀的引力场与一个匀加速运动的非惯性系等效。引力场与加速度系统等效性说明判断:(1)可能密封舱在自由空间（无引力作用）以a=g加速向上所致。假设：在一个与外界隔绝的宇宙飞船中的密封舱内宇航员放开手中小球。结果：小球以g加速下落。惯性力自由空间引力地球假想实验一（2）可能密封舱停在地面，小球受引力所致。引力场与加速度系统等效性说明判断:(1)可能密封舱在自由空间（无引力作用）匀速直线运动所致。假设在一个与外界隔绝的宇宙飞船中

4、的密封舱内,宇航员放开手中小球,结果小球浮在空中不动自由空间惯性力引力地球假想实验二（2）可能密封舱在引力场中自由下落，小球受向下的引力和向上的惯性力,二力平衡。结论:惯性力与引力等效或引力场与加速场等效局域等效等效并非等同广义相对论的等效原理equivalenceprinciple局域内加速参考系与引力场的一切物理效应等效三、广义相对论原理与时空弯曲广义相对性原理principleofgeneralcovariance(广义协变性原理):一切参考系都是平权的,物理学定律在所有的参考系中都具有相

5、同的数学形式.非惯性系里的时空S'系，一个非惯性系。绕转轴以半径r作一圆周。所有点都静止。S系，一个惯性系。所有点沿切线方向运动。小结广义相对论基本原理1)等效原理2)相对性原理时空性质由物质及其运动所决定根据等效原理，在S系看来在转动的非惯性系中，圆的周长s'>2r'非惯性系的空间是弯曲的。系：与盘边缘点相连的局惯系根据等效原理转动参考系等效为引力场引力场强是结论引力场中空间弯曲愈强弯曲愈烈弯曲空间的概念平面是二维平直空间测地线是弧线由测量判定空间测地线是直线球面是二维弯曲空间测地线两点间的极值

6、线测地线测量结果内角和圆周长><圆周率=圆周率1.引力使光线偏转恒星虚像恒星太阳人眼位置引力的作用1)空间弯曲2)光线偏离测地线1919年5月29日测恒星光线受太阳引力偏折理论上：四、广义相对论的可观测效应固有时与真实距离某处的固有时由静止在该处的标准钟测得的时间间隔某处真实距离由静止在该处的标准尺测得的空间间隔刚性微分尺2.引力时间延缓在无引力的地方,有一系列的完全一样的刚性微分尺,然后把它们分别放到引力场中的各个时空点,称各地的标准尺在无引力的地方,有一系列的走时完全一样的钟,然后把它们分别放

7、到引力场中的各个时空点,称各地的标准钟.标准时间标准长度无引力影响的时间和长度标准钟标准尺无限远处引力为0平直空间场各处引力不同空间时间各处不同r无限远远离引力场处系的确定时空点处的标准钟C测得的是原时同样在确定的时空点的标准尺测的是原长原时原长设r无限远远离引力场处弱引力场牛顿近似飞来惯性系S到达r处的速度由下式定出1)爱因斯坦假设--钟和尺的性形只与速度有关与加速度无关4)时空与物质分布有关r处引力势r处的观测时r邻域的运动长度2)双生子中谁年轻？引力场愈强钟愈慢3)空间弯曲引力场愈强尺缩愈烈讨

8、论光的引力红移从星球表面r=R处发出固有周期的光子,我们从远处看的周期引力红移效应红移z定义引力红移gravitationalredshift若太阳发光引力时缓尺缩效应及引力红移远离引力中心的地方观察引力场中发生在不同地点的同一物理过程，引力场越强的地方，观测时间越慢，空间距离越短，即引力的时缓尺缩效应越显著。物质光谱周期变长，频率发生变化引力红移结论牛顿理论：行星的轨道是严格闭合的椭圆观测表明：行星的轨道并不严格闭合,它们的近日点存在进动现象，即椭圆的